本文在原子尺度上基于分子动力学模拟以及位错理论,研究了材料中的几种微观结构间的相互作用对材料力学性能产生的影响,重点研究了含缺陷双晶铝在拉伸与剪切过程中的力学行为,分析了缺陷的分布、数量等因素对变形机制和材料强度产生的影响。然后对位错与析出相的绕过机制进行数值模拟,从原子尺度上观察到沉淀强化与位错增殖过程,讨论了析出相的尺寸、分布与数量对沉淀强化效果的影响。对含线空位缺陷双晶铝拉伸过程中的力学行为进行研究,考虑了线空位缺陷与晶界的相对距离以及缺陷间距等因素的影响。线空位缺陷会弱化晶界的连接,降低双晶铝的抗拉强度,缺陷与晶界的相对距离越小对材料的拉伸性能影响越大,并且会改变界面的破坏形式。当缺陷间距较小时,在拉伸过程中的缺陷会相互融合产生空洞,诱发断裂,降低材料的抗拉强度。在线空位缺陷的研究基础上,本文进一步研究了位错对双晶铝力学性能的影响。在模型的升温驰豫过程中,晶界两侧的晶体取向会影响位错在双晶铝的力学行为。在拉伸情况下,当晶界面两侧的晶向差不变时,位错会弱化晶界的连接,降低双晶铝的抗拉强度,但是当位错的运动使得晶界面两侧的晶向差减小时,双晶铝的抗拉强度提高。在剪切情况下,位错的滑移机制导致双晶铝模型抗剪切性能降低,位错的数量越多,剪切强度越低。针对材料加工过程中的沉淀强化效应,研究了面心立方铝中位错与析出相在剪切时的相互作用。析出相的存在会导致位错增殖现象,能够强化材料的抗剪切性能。析出相的尺寸(质量分数)越大、分布越均匀,造成的沉淀强化效果越好,抗剪切性能越强。当控制其他参数不变而增加析出相的数量时,材料的抗剪切性能明显增强。本文通过在微观尺度下研究结构的变化对材料力学性能的影响,并解释机理,对实际的材料生产加工有着指导意义。