纳米技术的发展拓展了人类认识世界的视野,纳米科技广泛应用于材料、微电子、能源以及生物医疗等领域,极大地提高了人们的生活质量。与宏观材料不同,纳米尺度下材料会展现出奇特的物理、化学、光学、电学以及力学性能。石墨烯和碳纳米管是典型的碳纳米材料,因其具有良好的力学、电学以及光学性能,在很多领域具有广阔的应用前景,并受到人们的广泛关注。但是,由于石墨烯以及碳纳米管具有较小的面外弯曲刚度和较大的表面积,层间相互作用会对结构形状产生显著影响,并导致力学、电学和光学性质的改变,为其应用带来挑战和机遇。本文以石墨烯和碳纳米管为对象,主要采用理论方法和分子动力学方法研究碳纳米结构由层间相互作用导致的变形以及自组装行为。具体工作包括:（1）建立了研究石墨烯受层间粘附作用变形的理论模型,研究了多层石墨烯的卷曲和折叠构型及其稳定性。通过有限变形梁平衡方程以及相应的边界条件推导了卷曲和折叠石墨烯的构型方程,得到了变形构型与几何参数之间的解析关系;计算结构的弯曲能和粘附能,并通过能量最小化原理求解最优构型及能量。采用分子动力学模拟计算石墨烯的卷曲和折叠原子结构及能量,用于验证理论模型的正确性。理论模型计算的石墨烯卷曲和折叠构型与分子动力学模拟结果基本一致。能量相图表明,石墨烯卷曲或者折叠形态的能量随长度的增加而降低,相对于平面状态存在亚稳态和稳态。同时,当石墨烯长度继续增大时,由于卷曲构型具有更长的粘附区域,其能量要低于折叠构型并且更稳定。（2）基于理论模型分析了平行多壁碳纳米管之间的粘附行为及稳定性。利用有限变形梁理论推导了碳纳米管的部分塌陷和完全塌陷构型及相应的弯曲能,粘附能考虑了接触粘附能和非接触粘附能,并通过总能量最小求解最优构型及对应能量。分子动力学方法也模拟了碳纳米管之间的粘附行为,用于验证理论模型的正确性。理论模型得到的碳纳米管部分塌陷和完全塌陷构型与分子动力学模拟结果一致。研究表明,碳纳米管部分塌陷和完全塌陷构型的能量随直径增大而降低,并存在相应的临界直径。通过解析方法和拟合方法分析了临界直径与碳管弯曲刚度、粘附强度、层间距离和层数之间的关系公式。（3）采用理论模型研究了碳纳米管在外部载荷作用下的塌陷过程。利用有限变形梁理论推导了独立的碳纳米管和置于基底上的碳纳米管在位移荷载作用下的截面构型及弯曲能。采用解析模型计算了碳纳米管在塌陷过程中的粘附能及粘附力。通过能量最小化原理求解随位移载荷变化的最优构型、能量以及所需加载力,并分析碳纳米管的压塌能量势垒和径向刚度。分子动力学方法也模拟了碳纳米管的压塌过程,计算压塌过程中碳纳米管的变形及能量,用于验证理论模型的正确性。理论模型计算的碳纳米管在压塌过程中的变形构型、能量和载荷曲线与分子动力学模拟结果一致。研究发现,碳纳米管压塌能量势垒和径向刚度随直径增大而降低,表明大直径的碳纳米更容易塌陷。（4）研究了石墨烯在粘附作用下折叠变形的动态传播。石墨烯纳米带在层间作用力的驱动下会产生类似于多米诺效应的持续折叠变形,利用该现象可以实现纳米结构的自组装。通过分子动力学模拟和有限元分析方法研究了二维材料的多米诺折叠临界条件及传播速度等特征,通过理论模型建立了折叠临界条件和稳定传播速度与弯曲刚度、拉伸刚度、粘附强度等材料属性的关系式,并被分子动力学模拟和有限元计算结果验证。与碳纳米管多米诺塌陷相比,石墨烯多米诺折叠的速度更快且稳定,这是由于石墨烯在折叠过程中宽度方向是自由边界,而碳纳米管截面在塌陷过程中会受到对称边界约束和周长约束,具有较大阻力,并且当碳管直径增大时会产生翻转塌陷进一步抑制传播速度。此外,利用石墨烯多米诺折叠构建了纳米驱动装置,可以用于加速纳米粒子,其中利用纳米管异质结可以实现自动激发和驱动。本文研究碳纳米结构在层间粘附作用下的变形以及自组装行为,有助于了解纳米尺度下结构的变形特性及机理,并为碳纳米结构的制造和应用提供指导。同时,理论模型适用于其它材料,可以推广至其它纳米结构的粘附问题。