碳纳米管已经历三十多年的研究和发展,目前为止制备高纯度单一结构的碳纳米管仍然是一个世界性难题,因此碳纳米管的应用被极大限制。对单一结构碳纳米管力学性能及其组装体的研究也已众多,但更精确的分析碳纳米管热效应和对碳纳米管组装结构的原位观察仍然具有挑战性。本文首先在分子力学和分子结构力学基础上对碳纳米管轴向弹性特性进行了分析,并建立了与温度相关的力学模型表达式。研究了不同手性类型的碳纳米管在轴向拉伸条件下的热力学性能。同时对现有分子结构力学模型进行修正,修正后的模型可以更好的预测碳纳米管的弹性特性和大大降低与连续介质方法之间的偏差,并且修正后的方法使模型计算得到简化且保持了热环境的适用性。在碳纳米管的分子力学理论研究中,反转能往往被忽略,造成计算结果不准确。因此本文对分子力学中的反转能进行了研究,将反转模型与碳纳米管的分子结构力学模型相联系,建立了全新的分子力学能量表达式。计算结果表明小管径下碳纳米管的反转能对体系能量的影响较大,不容忽略。此外还发现反转能对温度不敏感,可以忽略不计。此修正的能量法使碳纳米管力学特性计算结果更精确。静水压力条件下对不同端帽结构的单根碳纳米管进行热力学分析,并研究端帽结构对碳纳米管横向力学性能的影响。获得了单壁碳纳米管在静水压力下的横向力学性能,并分析了温度效应。结果表明,除了小直径的碳纳米管,体积模量和横向弹性性能对碳纳米管的端帽结构不敏感。在水动力条件下对多根碳纳米管的相互作用行为研究具有非常重要的理论和应用价值。本文重点对动水条件下的多根分散的碳纳米管悬浮液进行剪切流动行为研究,以探明溶液中碳纳米管的运动和相互作用机理。将单根碳纳米管的全原子模型简化为粗粒化模型,并在此基础上使用耗散粒子动力学方法对碳纳米管悬浮液的流变学行为进行模拟,提出了一种新的势函数形式表示被表面活性剂包裹的碳纳米管之间的相互作用。模拟结果显示了此势函数良好的适用性和耗散粒子动力学方法的可行性。进一步明确了碳纳米管在溶液中的剪切运动行为与碳纳米管长度和浓度的关系,并且得到了碳纳米管在最佳取向时的长度和浓度值。最后,对碳纳米管悬浮液剪切流动行为进行非平衡分子动力学模拟。将悬浮液的粘度,剪切速率,碳纳米管的长度和浓度联系起来,并对碳纳米管悬浮液表现出的一系列粘度特性进行了分析。结果表明,在含有多根分散高长径比的碳纳米管溶液中存在非均质流动现象,即剪切带和壁面滑移。对比含有不同浓度和长度的碳纳米管的溶液发现,非均质流动现象与碳纳米管的浓度和长度以及溶液剪切速率关系密切。