结构材料是以力学性能为基础,具有一定承载能力的材料。随着科学技术高速发展,结构材料的服役环境将会越来越复杂。为了保证工程构件的安全,必须要求材料具有足够的强度。由于材料的强度与其组份和微观结构密切相关,所以理解和建立材料强度与其微观结构的关联,就成为材料科学领域的一个重要的研究课题。对于金属材料,其强度模型的研究经历了理论强度模型、派-纳模型到Seeger模型的发展。1926年,Frenkel提出的理论强度模型,由于采用原子刚性滑移模型,其计算结果和实验相差几个数量级。1947年,Nabarro修正了Peierls提出的位错激活应力的计算方法,建立了派-纳模型,但由于其采用的是位错滑移的一维势垒,所以仅对电子局域性低的金属材料有效。1956年,Seeger模型的建立,虽然考虑了热激活效应,但由于仍然采用一维的派-纳势垒,所以该模型也具有非常大得局限性。因此,目前对于金属材料的强度,还很难进行定量精确地预测。对于共价材料,其硬度一般是通过价键理论进行研究。2003年,Gao等人认为成键密度和键长等是共价晶体硬度的决定性因素。2006年,?im?nek等人引入键强的概念,提出了一种新的适用于共价晶体和离子晶体的硬度理论计算模型。2008年,Li等人引入电负性的概念建立了共价晶体的努氏硬度模型。然而,因为金刚石中的sp³杂化的C-C键是最强的三维网络的化学键。所以,根据这些硬度模型自然可以得出一个结论:金刚石是世界上最硬的材料。但是最近合成的纳米孪晶金刚石的硬度超过了单晶金刚石两倍。显然,仅用价键理论不能解释纳米孪晶金刚石超高硬度的来源。因此,需要更深刻的理论来研究共价材料的硬度及其机理。可以看出,对于金属材料,其强度通常是用位错理论来研究,但没有考虑化学键的方向性和强度对位错滑移的影响。对于共价材料,从硬度测量过程中发生的塑性变形可以推断出共价材料的硬度也是由位错运动来主导。实际上,位错在滑移过程中,是存在弯曲和扭折的,这些弯曲和扭折与化学键的方向性和强度有很强的关联。所以,如果把位错滑移的势能面考虑成一个二维势垒,那么化学键的方向性和强度对位错滑移的影响就可以包含到位错滑移的动力学方程中来。为了更深入地研究材料的强度,本文将传统位错理论和价键理论相结合,建立了对金属材料和共价材料都适合的二维势垒位错滑移模型,并且建立了相应的位错滑移动力学方程。通过对位错动力学方程的求解,可以计算出位错滑移的临界分切应力,进而通过多晶Sachs模型,获得材料的屈服强度和硬度。为了研究该模型的合理性、有效性和适用范围,本文对一些典型共价晶体、离子晶体和金属晶体材料的强度进行了研究。具体研究内容如下:（1）二维势垒位错滑移模型的提出和建立。结合位错理论和价键理论,提出了位错滑移的二维势垒。考虑外力和热激活对位错滑移的影响,构建了位错滑移的四种模式:硬扭折对模式、混合扭折对模式、软扭折对模式和弦模式。根据位错滑移过程中引起的体系能量地变化,分别构建了位错滑移的四种模式所对应的位错动力学方程。通过对该方程的求解,得到不同温度和应力状态下的位错的激活能和临界分切应力。进而结合Sachs模型和Tabor定律,得到材料的屈服强度和硬度的计算方法。（2）基于二维势垒位错滑移模型的共价晶体的硬度。基于二维势垒位错滑移模型,计算了典型闪锌矿型共价材料的硬度,并且研究了影响闪锌矿型共价材料硬度的因素。然后使用二维势垒位错滑移模型预测了纤锌矿型金刚石和纤锌矿型氮化硼的硬度。（3）基于二维势垒位错滑移模型的离子晶体中的硬度。将二维势垒位错滑移模型应用到离子晶体Na Cl和地幔矿物?-Mg₂Si O₄中,计算得到了Na Cl晶体和地幔矿物?-Mg₂Si O₄的硬度与实验值一致。并且根据Sachs模型分析了不同温度下Na Cl和?-Mg₂Si O₄中激活的滑移系类型并与实验观测结果进行了比较分析。（4）基于二维势垒位错滑移模型的金属晶体的强度。将二维势垒位错滑移模型应用到面心立方金属（Cu和Al）和体心立方金属（Fe和Mo）中,研究了它们的屈服强度随温度变化的趋势,并且与相应的实验结果进行了对比。（5）基于二维势垒位错滑移模型的硬度与材料导电性的关联研究。以Ti B₂为例,使用二维势垒位错滑移模型,结合Sachs模型和Tabor定律计算了Ti B₂的高温硬度。通过电子能带计算,分析了Ti B₂的导电性。通过对比分析位错滑移的势能面与电子传输势能面的差异,研究材料硬度与材料导电性之间的关系。本文提出了二维势垒位错滑移模型及材料强度预测方法,并且建立了适用与共价材料,离子材料和金属材料的高温硬度的位错理论模型。这些发现有助于揭示硬度的物理机制,并为新型结构材料的设计,特别是耐高温结构材料的设计提供直接的指导。