单晶锗是红外光学、半导体等领域的超精密部件中广泛应用的材料之一,其应用场景多为加工精度需求高的模块,但作为典型的各向异性硬脆材料,单晶锗具有易崩碎的特点,需要对其力学特性有进一步的分析用来加深对该材料的理解。纳米压痕技术可以测定材料硬度、刚度、弹性模量等参数,在材料力学性能测试中应用广泛,考虑到纳米压痕仪传感器极为敏感、对实验环境有很高要求,学界常用分子动力学作为模拟方法,通过计算机模拟微观粒子在固定条件下的移动轨迹等各种参数,可有效模拟微观结构变化。国内外诸多研究学者藉由分子动力学对纳米压痕、微纳切削过程进行分析,成果斐然。为了对特殊环境、特定条件的单晶锗力学特性进行研究,探明单种因素的影响,本研究通过单晶锗的纳米压痕试验,检验试验尺度对力学特性实验结果的影响,测试单晶锗力学性质,采用分子动力学模拟方法对单晶锗纳米压痕受载、卸载过程展开研究,由晶体网格结构入手对单晶锗的力学性能与其微观因素深入研究,揭示不同加载面硬度、刚度等力学特性、受载时的变形层形状等性能的变化规律;通过设置超常规体系温度参数作为仿真试验环境,克服纳米压痕只能在常温中进行的弊端,测试纳米压痕试验因温度变化产生的力学性能变化;通过在单晶锗当中预置空位、杂质、位错等不同种类的缺陷,由此探明空位浓度、碳原子杂质浓度、位错的伯氏向量模数、方向的影响;通过控制切削深度、切削速度,从最优加载方向切削单晶锗,对不同模型进行纳米压痕试验,对单晶锗工件切削过程中以及纳米压痕过程中的参数变化进行分析,研究了切削过程中与切削后单晶锗力学性能的变化。研究发现:（110）面达到相同压深时相变原子最多,变形层延展最深,硬度最大,温升最高,是最不适合加工的加载面。（111）面硬度最小,刚度最低,是单晶锗的最优加工面,以此进行后续研究;高温下材料表面原子活性极度增大,探针留下的痕迹在高温体系下变得模糊,硬度随之下降;晶体原子空位作为内能缺陷,会显著增加加载过程的切削热,削弱单晶锗的刚度,增大材料脆性;当单晶锗内部存在碳原子杂质时,一定浓度内可以强化单晶锗的硬度,超过该浓度则硬度降低,但碳原子浓度的升高始终减少材料脆性;伯氏向量的模数增大会减弱单晶锗的硬度和刚度,而伯氏向量的方向对于单晶锗的硬度和刚度影响不大;切削深度的增大使得变形层厚度显著增加,并降低已加工面的硬度,切削速度的增大也会使变形层厚度增大,但是对已加工面的硬度没有显著影响。进给量具有相对最优选择,而切削速度应在刀具可承受的范围内选择较大值。本文通过分子动力学对单晶锗的纳米压痕试验过程进行仿真,对单晶锗的力学特性系统性的研究,揭示了单晶锗随晶向、缺陷、残余应力条件不同而产生的力学特性变化机制,为单晶锗的超精密加工提供理论支撑。