现代工业对具有良好力学性能的金属材料有了新需求,所以同时具有高强度和高韧性的纳米结构金属受到广泛关注。纳米孪晶因其孪晶界阻碍位错运动的能力以及容纳位错滑移的能力,从而实现良好的强度与韧性的协同。本文研究对象为两类纳米孪晶复合材料,即含有纳米孪晶的纳米晶铜和纳米孪晶增强的粗晶铜。本文通过数值模拟手段研究了不同纳米孪晶体积分数对纳米晶铜的强度和韧性的影响,以及纳米孪晶增强的粗晶铜的防弹性能对不同微结构取向的依赖性,为将来制备良好性能的纳米孪晶金属复合材料提供参考。含有纳米孪晶的纳米晶铜克服了纳米晶材料较低的韧性,有潜力实现高的强度和较好的韧性。本论文模拟了孪晶相的体积分数和孪晶间距以及形状和分布对材料强度与韧性的影响。通过计算对比,发现这些因素对材料的韧性有着明显的影响。尤其是,材料的韧性随着孪晶相体积分数的升高反而降低,这一反常现象与材料的断裂失效模式直接相关。微结构在断裂过程中出现了三种不同的失效模式:基底失效、孪晶相失效和两相界面间脱层失效。两相界面间脱层失效是韧性下降的主要原因。另外,随着孪晶间距的增大,孪晶相失效导致材料的韧性出现了不同形式的反转现象。材料的韧性在孪晶区域为斜方形时明显低于圆形和方形,并且孪晶区域阵列排布普遍比交错排布的微结构韧性好。这些现象和结果有助于对这种材料的强度和韧性有更深的认识。对于纳米孪晶增强的粗晶金属铜的防弹性能,以微结构的极限速度和极限位移两个指标来评价材料防弹性能对微结构取向的依赖性,同时实现极限速度高且极限位移小的微结构具有良好的防弹性能。本文发现孪晶区域阵列排布的微结构（ⅰ）在取向角度为0°和90°时,孪晶区域依然呈阵列分布,具有圆形和方形孪晶区域的微结构的极限速度高且极限位移小,展现了卓越的防弹性能;（ⅱ）具有斜方形孪晶区域的微结构在取向角度为45°时,极限速度最低且极限位移较大,防弹性能较差。对于孪晶区域交错排布的微结构,一般选取较小的取向角度更能展现较好的防弹性能。本文对两类纳米孪晶金属复合材料的强度、韧性以及防弹性能的深入探讨可为今后高强度、高韧性和良好的防弹性能的纳米孪晶金属复合材料的制备提供了新见解。