石墨烯因其独特的光学、电学以及力学等方面的性能,引起了学术界的广泛关注。然而,在实际应用中石墨烯纳米带中往往存在各类缺陷(如裂纹、孔洞),这些缺陷不可避免影响石墨烯的力学性能。本文采用有限元分析与分子动力学模拟相结合的方法,系统研究了原子级缺陷对单晶及多晶石墨烯力学性能的影响,探讨了缺陷与裂纹的相互作用对单晶石墨烯力学性能的影响。本文主要研究内容如下:(1)利用分子结构力学,基于碳原子间Reactive Empirical Bond-Order interatomic potential of second generation(第二代REBO)势函数,建立了石墨烯中碳-碳键的非线性Timoshenko梁模型。通过与已有单层纯石墨烯力学性能的实验数据以及分子动力学(MD)模拟结果进行对比,验证了有限元(FE)模拟的准确性。其次,系统研究了在I型加载条件下不同手性单晶石墨烯中裂纹与缺陷之间的相互作用。MD与FE模拟结果表明,缺陷倾斜角度θ、缺陷与裂纹尖端之间距离r以及石墨烯的手性角决定了裂纹尖端应力场的屏蔽效应。此外,构建不同孔径的圆孔缺陷以及不同密度的五边形-七边形缺陷模型。MD与FE模拟结果表明,随着孔径增加以及缺陷密度增大,单晶石墨烯的强度显著降低。(2)利用MD和FE研究了多晶石墨烯的力学性能。结果表明:随晶粒尺寸增加,多晶石墨烯断裂强度增加,而断裂应变变化并不显著。同时,利用Grifffith裂纹扩展理论、MD以及FE模拟相研究了圆孔缺陷对多晶石墨烯力学性能的影响。与单晶石墨烯研究结果相同,多晶石墨烯强度随缺陷尺寸增加显著下降。此外,本文构建了不同晶角的双晶石墨烯以及多晶石墨烯模型,模拟发现多晶石墨烯沿晶界强度明显高于垂直晶界强度。最后,在多晶石墨烯中预制裂纹,通过设置不同晶界,可以诱导石墨烯中裂纹按给定路径扩展。本研究为二维纳米材料剪纸结构在微机电系统中应用的可靠性和稳定性提供理论支撑与数值分析手段,对预防低维材料的失效具有重要理论指导意义。