众所周知,由于独特的结构特征,石墨烯具有良好的结构稳定性、导电性、导热性等特性,在电子、能源、生物医药、传感器和复合材料等领域都具有广泛的应用前景。目前对石墨烯力学性能的研究主要集中在其弹性性能和固有强度方面,包括杨氏模量、泊松比、断裂强度等的研究,石墨烯的尺寸、手性及缺陷对以上性能的影响也越来越受到人们的关注,然而对其在冲击作用下的研究却屈指可数。石墨烯作为世界上已知强度最高的物质,其潜在的应用非常广泛,掌握其在冲击作用下的变形及破坏机制,将为以后的应用奠定良好的理论基础。本文中,我们采用分子动力学方法对单层及多层石墨烯在冲击作用下的弹性变形行为和断裂破坏行为进行了系统的模拟计算研究,揭示了石墨烯在冲击作用下波状变形的形成过程和断裂破坏形成原子空位缺陷的细节。全文主要结果如下：1)发现了二维平面内六边形碳碳共价键拉伸带的存在。石墨烯在受到冲击时,冲击区域产生三维空间内可传播的振动波,外围区域产生二维空间内可传播的六边形碳碳共价键拉伸带。振动波形成初期的形状受冲击物形状的影响,在最终演变成圆形振动波的过程中,都经历了多边形波向圆形波的演变过程。六边形碳碳共价键拉伸带的存在是由石墨烯自身结构决定的。石墨烯内存在相互平行的碳碳共价键,受到冲击时,平行共价键发生共同拉伸变形,在平行共价键的方向上传播速度快,在其他方向上传播速度慢,传播过程中共价键拉伸作用相遇形成了六边形的拉伸带。2)六边形碳碳共价键拉伸带的可传播性,造成了其具有一般波所具有的某些特性。当拉伸带传播过程中遇到障碍物或传播到石墨烯边界时,会发生反射现象,且反射拉伸带依然保持六边形形状不变。反射拉伸带与原始拉伸带相遇,发生干涉现象,造成干涉位置的碳碳共价键拉伸作用加强。我们已证明六边形碳碳共价键拉伸带传播过程中不会出现衍射现象。拉伸带在石墨烯平面内快速传播,其传播速度及六边形形状不受石墨烯结构内小尺寸空位缺陷的影响。拉伸带的六边形形状的完整性在平行共价键方向上存在较大尺寸空位缺陷时受到影响。3)提出了六边形的结构片段是石墨烯结构的最稳定结构单元。石墨烯在巨大的冲击作用下,六边形结构单元外围的平行碳碳共价键倾向于共同发生断裂,从而使此结构单元整体脱离石墨烯结构,石墨烯平面内留下六边形的原子空位缺陷。此外,冲击条件下也可以得到亚稳定状态的三角形的空位缺陷。通过改变冲击动能的大小,可以得到不同尺寸的六边形或三角形空位缺陷。本文的研究结果极大地丰富了石墨烯高强度、高韧性原理的研究,也证实了石墨烯在力学方面巨大的应用潜质。另外既解释了石墨烯在冲击条件下的断裂破坏机理,同时又为石墨烯的结构改造和规则空位缺陷的引入提供了理论支持。