当前，纳米粒子增强聚合物基复合材料(NRPC)是纳米材料科学领域的研究热点之一，它综合了纳米粒子和聚合物的优良性能，在很多领域得到广泛应用。由于纳米粒子表面原子数多、活性高且断键多，易于团聚，它的纳米尺寸效应不能得到很好发挥，很多研究者的实验结果表明对纳米粒子进行改性处理可有效改善复合材料性能。随着计算机技术的发展，分子软件模拟研究可弥补实验中难以定性定量进行分析的不足，提供更直观的结果供分析，进而指导实验的进行。本文首先根据Mori-Tanaka方法推导考虑界面相线性变化时复合材料有效模量的计算公式，得到复合材料的弹性模量和泊松比，并进一步分析界面层厚度、纳米粒子粒径和体积分数对其力学性能的影响。结合分子动力学理论，利用Materials Studio软件建立二氧化硅(SiO2)纳米粒子和聚酰亚胺(PI)的分子模型，再进行如下分析研究：1、建立SiO2/PI复合材料单胞模型，计算其力学性质，求得单胞的杨氏模量、泊松比等，讨论纳米粒子粒径及体积分数对复合材料力学性能的影响。结果表明：相较于纯聚酰亚胺，纳米粒子在一定程度上可以提高聚酰亚胺的力学性能。2、在Materials Studio软件中分别对SiO2纳米粒子进行硅丙烷改性、与聚酰亚胺高分子链直接接枝和硅丙烷接枝三种处理方法，模拟计算经过三种处理的SiO2纳米粒子填充PI复合材料的力学性能，讨论粒子粒径及接枝率对复合材料力学性能的影响；从能量的角度分析纳米粒子改性前后与聚合物基体之间能量的变化，预测粒子与基体界面起主要作用的力，揭示纳米粒子改性对复合材料力学性能影响的作用机理。结果表明硅丙烷共价接枝后接枝率为5%时复合材料杨氏模量提高了15%。3、模拟计算纳米粒子之间的相互作用能，纳米粒子在基体中容易产生团聚的主导因素。