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密排六方（hcp）金属因具有许多特殊的优越性能,近年来在航空航天、汽车制造及通信电子等关系到工业和国民经济发展的关键领域获得了广泛的应用。由于密排六方金属晶体结构对称性低,相对于面心立方（fcc）或体心立方（bcc）结构金属来说可同时启动的等效滑移系数量很少,塑性较差,作为结构材料应用时,其强韧性是需要重点考虑的因素。因此,深入认识密排六方金属的塑性变形机制对于密排六方金属和合金的力学性能设计具有重要的科学意义和应用价值。本文运用分子动力学方法系统地研究了不同取向的密排六方金属镁、锆和钛单晶的塑性变形机制与温度效应、{10（?）1}孪晶的形核和生长机制、及点缺陷与孪晶界的相互作用对镁及镁合金疲劳力学性能的影响。主要研究工作及取得的进展如下:1.针对密排六方金属塑性变形的取向效应,通过建立不同取向镁、钛和锆单晶的原子结构模型,系统研究了各体系在单轴拉伸载荷作用下的塑性变形机制。结果表明滑移和孪生是密排六方金属主要的塑性变形机制;不同取向下滑移系的激活取决于施密特因子和临界分切应力的协同作用,这一结论与相关实验研究基本吻合。当基面或柱面位错滑移受限时,孪生被激活并成为主导的塑性变形机制。其中{10（?）2}孪生具有较低的临界分切应力,是镁、锆和钛中都普遍存在的孪生类型。同时,不同密排六方金属也展现出不同的塑性变形机制和能力。镁中滑移和孪生的临界分切应力相对较低,导致镁的强度远远低于钛和锆;锆受其较高的孪晶启动临界分切应力影响,以位错滑移主导塑性变形;钛中塑性变形机制的类型较多,包括交滑移、双孪生和应力诱导的hcp-fcc相变等。多种变形机制的协同竞争,使得钛具有较高的强度和良好的延性。2.针对密排六方金属塑性变形的温度效应,基于缺陷启动的临界分切应力,系统地研究了不同取向镁、锆和钛单晶在不同温度的塑性变形机制。研究结果表明,镁、锆和钛单晶的塑性变形机制的温度敏感性具有明显的差异。在镁单晶中,柱面位错和{10（?）1}孪晶在高温时更容易被激活;在锆单晶中,锥面<c+a>位错的临界剪切应力受温度影响最明显,利于高温时的锥面位错形核;而在钛单晶中,基面位错的启动对温度最敏感,在高温时更容易被激活;而具有较低临界分切应力的{10（?）2}孪晶在镁、锆和钛单晶中都对温度不敏感。3.基于以上成果,以钛单晶为例,重点研究了 {10（?）1}孪晶形核及生长过程。研究表明,{10（?）1}孪生通过位错分解实现形核,在孪晶形核初期产生一层、两层和四层孪晶位错;通过在应力集中处形核的两层孪晶位错滑移实现生长。拓扑分析发现,一层孪晶位错与基面层错相连,可获得能量最小的共格孪晶界,是{10（?）1}孪晶中通常存在高密度基面层错的物理本质。此外,通过对纳米单晶中{10（?）1}孪生的剪切变形进行分析,表明其孪生剪切方向与两层孪晶位错剪切一致,而与传统{10（?）1}孪生剪切方向不一致。4.建立了镁中{10（?）2}孪晶界以及自间隙的原子结构模型,研究了{10（?）2}孪晶去孪生过程中孪晶界和自间隙原子的交互作用。研究发现,共格孪晶界存在一个自间隙原子的自发吸收区。去孪生过程中自间隙原子被共格孪晶界吸附并随之迁移,且随着共格孪晶界的消失而被释放。通过吸收和释放这两个过程,去孪生过程将导致自间隙原子分布更加密集。去孪生过程与自间隙原子的交互作用也将导致自间隙原子构型的变化。由于自间隙原子的密集分布可在更长时间尺度上诱发位错环等晶体缺陷,这一研究有助于理解镁及镁合金的疲劳力学性能。