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高分子具有多级松弛特性，在不同的时间和空间尺度上表现出不同的性质和动力学行为，而要阐明高分子材料在从微观到宏观的分子结构-材料性能关系及各层次间的关联影响，则需要在微观尺度上对材料性质进行准确的模拟并发展可以衔接各个尺度的相应粗粒化模型。在本论文中，我们借助多尺度分子动力学模拟方法对剪切流中的动力学弱不对称体系聚丁二烯(PB)/聚异戊二烯(PI)在不同时间和空间尺度上的性质和动力学行为进行了研究，系统的讨论了从微观尺度的分子链局域动力学、整链动力学到建立可靠的粗粒化模型，分析其在介观尺度上的相分离动力学行为;同时我们还对缠结的聚乙烯(PE)长短链共混体系中短链的扩散动力学进行了初步探讨，主要成果如下: 1、针对目前大部分分子力场均建立于平衡态条件下，我们对其应用于非平衡态条件下的可行性问题开展了研究，通过比对不同分子力场下PB体系和PI体系的模拟结果与实验数据，确定了适用在非平衡条件下的PB和PI的力场。以此力场研究了剪切流中的PB和PI熔体的结构和流变学性质，发现随分子链长增加体系的流变学性质随剪切速率变化的标度关系逐渐趋向于Doi-Edwards模型的预测值，而且剪切流的取向和拉伸效应对体系链结构及其分子间相互作用有不同影响。这些模拟结果有助于我们进一步理解和建立微观体系结构与材料的宏观性质间的关系。 2、研究高分子在高剪切速率下的动力学行为不仅是理解高分子材料加工过程中流变性能的关键，也为理论上扩展平衡态下管道模型的应用范围提供了有价值参考。为此，我们以PB熔体为例研究了单分子在高速剪切流中的构型动力学，发现缠结和未缠结的PB单分子链均表现出类似于高分子稀溶液实验中观察到的tumbling运动，tumbling运动的特征频率随剪切速率变化呈3/4次方标度关系并与链长无关，且由于分子链在熔体中存在更多的发夹构象因而对应的标度值大于稀溶液中所得到的特征标度值。此外，通过统计单分子尺度上的分子链的取向和拉伸，发现一方面由于单分子tumbling过程中翻转快、分子链正向取向时间长，因而观察到整个体系保持取向状态;另一方面由于流场作用与分子链熵弹性的竞争，单分子链出现非单调拉伸行为，这可能是实验观察到高剪切下第二牛顿区出现的原因之一。 3、针对高分子熔体加工过程中应力过冲现象的微观机理尚不明确，研究了微缠结PB熔体在瞬时剪切流中随时间演化的流变学响应和结构变化。首先，我们观察到瞬时剪切粘度和第一法向应力差系数的过冲现象，但取向角却不存在过冲，这些结果与完全缠结高分子体系的实验结果一致。其次，微缠结体系的剪切应力过冲和第一法向应力差过冲所出现的应变位置随剪切速率的变化符合Pearson等人所修正的Doi-Edwards模型，证明了Reptation理论可以用于描述微缠结体系的瞬时流变学响应。此外，我们模拟首次发现微缠结高分子体系不满足完全缠结高分子的过冲应变随剪切速率变化的1/3次方标度关系，这与近年来发展的缠结聚合物非线性流变学理论相符，但微缠结体系在高剪切速率条件下剪切应力的最大值及对应的应变位置却呈现出完全缠结高分子体系存在的-U2次方标度关系，其背后的深层次物理原因有待于进一步探索。 4、构建具有良好代表性和温度可迁移性的粗粒化力场是实现高分子多尺度模拟无缝衔接的重要一环，也为建立高分子多层次结构与性能关系提供必备基础。我们采用结构基与热力学基联用系统粗粒化方法，建立了PB和PI的粗粒化力场，并以PB为例考察了粗粒化力场重现全原子模拟体系多重性质的能力和粗粒化力场的温度迁移性。模拟结果表明上述方法所建立的粗粒化力场除能重现出全原子模拟中的分子结构和热力学性质外，对全原子模拟中的材料性质如力学、动力学和流变学性质等均具有良好的重现性并具有一定的热力学条件迁移性。我们进一步将此方法得到的粗粒化模型应用于PB/PI二元近临界共混体系，对其在振荡剪切流中的相分离动力学进行了初步探讨。 5、研究短链高分子在长链高分子基体中的动力学行为对于修正传统高分子动力学理论使之更准确预测高分子材料流变性质具有重要意义。我们通过长时间大规模的原子尺度的分子动力学模拟研究了缠结PE长短链共混体系中短链分子的扩散动力学，对比相同长度的短链本体体系，发现短链体系在完全缠结的长链网络中其松弛模式中的约束释放效应受到部分抑制，因而宏观上表现为其扩散系数降低，其短链体系扩散系数与本体体系分子链长度达到完全缠结时的扩散系数基本一致。我们的模拟结果对于深入理解高分子缠结动力学和分子链蠕动过程中各种松弛模式中的具体作用具有重要意义。