本文基于能量平衡原理研究纳米材料的力学性能。微观层次应用经典分子动力学模拟纳米结构薄膜。设置初始边界条件以及内部原子形态分布下的晶体结构，研究其在小变形条件下的能量改变。建立了一种平衡单元法模型，应用此模型计算材料在与微观原子位移等效的宏观变形下能量的变化量，进而由能量平衡求解材料的弹性模量。 分子动力学模拟方法通过牛顿运动方程来模拟计算材料内部原子的运动情况，以期求得不同原子在任意时刻，任一坐标点的速度，建立速度和待求量之间的相互关系。模拟过程就是寻求合适的势函数，根据势函数求得原子之间的相互作用力，通过牛顿运动方程建立求解方程，应用差分法求得各个原子的速度。根据哈密顿原理而得到的势函数表明了原子之间的相互作用，并由此可得到原子之间的相互作用力Fi，由薛定谔微正则方程组可知Fi力是势函数的梯度，其数值取决于原子的坐标位置，故而模拟实现的关键一步在于势函数的选取，以及用其来计算材料在不同的边界条件下内在性质的改变。分子动力学模拟方法包含两个重要部分：势函数的选取是关键，通过牛顿运动方程建立方程组，应用差分法求解是核心。本文应用经典对势分子动力学模拟了纳米材料微观的力学性能，对初始边界条件下的晶体结构，研究了小变形情况下材料内部能量的改变。模拟了较多纳米原子组成的薄膜，材料长度单位0A(10-10m)、能量单位ev、温度单位K。 近年来，已有很多学者研究和建立了多种描述纳米材料结构的连续模型，OdgardGM应用平衡束模型建立了计算化学和固体力学之间的联系，经过宏观有限元得到材料的力学性质。Sun将原子间的相互作用简化为弹簧连接，由此建立了一种平板连续模型。Dow应用一种连续模型来研究航空材料的力学性质。所有这些不同方法都包含一些自身的假定，适合于不同的具体问题，而且微观层析能量的计算进行了较大的简化，有的模型直接由单个原子作为研究的对象，完全忽略了量子效应，从而导致能量计算的误差较大。本文建立了一种平衡单元法模型，这种模型以微观——宏观能量平衡为基础，微观层次下应用分子动力学模拟纳米材料在边界条件下的能量变化，避免以往学者建立连续模型时能量计算误差较大的缺陷，并且在分子动力学模拟中本文建立的初始原子模型允许单个原子在平衡位置可以微小波动，这样更接近于原子的实际运动情况。同时，本文建立了一种微观——宏观边界条件的关系，这是平衡单元法连接微观——宏观的枢纽。借鉴whitomb边界条件的处理方法，研究材料在宏观小变形情况下的变形能以及在等效于宏观变形下的微观原子位移状态下分子动力学模拟所得材料能量变化情况，进而建立宏观——微观能量平衡方程。 平衡单元法以较多原子团簇为研究对象，建立材料求解分析的宏观单元模型。单元内部必须包含足够数目的原予，这样即保证了单元内部原子非空的缺陷，也可减小量子效应的作用程度。在分子动力学模拟中势函数的作用范围在截断距离Rc之内，本文宏观单元的边长采用高于Rc一个量级的方法来保证单元内部包含足够的原子。单元之间假定为连续情况，宏观边界条件施加到纳米薄膜之上。 总之，应用分子动力学模拟材料在小变形情况下内部能量的变化，建立了一套平衡单元法模型，规定了单元的选取原则以及宏观边界条件与微观原子边界条件的等效关系。微观结构材料的能量应用分子动力学进行模拟，这样计算所得微观结构能量更接近实际情况，通过求解宏观——微观能量平衡方程得到纳米薄膜材料的弹性模量E，并模拟了不同纳米材料在不同工况下的力学性能。