本文通过引进分子间桥联基团、分子内桥联基团、芳香杂环等方法,同时引入不同取代基,设计出多系列的桥联富氮多环类、三元稠环类、单环和双环硝胺类、笼型硝胺类等含能化合物。借助量子化学和性能计算方法,对目标物的分子几何、电子结构、热力学性质、热稳定性、感度、爆轰性能和晶体结构等进行系统的研究,筛选出新型高能量密度化合物（HEDC）的候选物。其主要研究内容为:（1）引入不同的桥连基团（氮桥基团、碳桥基团）和取代基（如-NH2、-NO2、-ONO2和-NF2等）设计出不同桥联的双均三嗪衍生物。研究表明,引入桥连基团-N=N-和取代基-ONO2、-NF2能有效提高桥联衍生物的爆轰性能。5种爆轰性能优良且感度较低的桥联双均三嗪衍生物可作为HEDC候选物。向呋咱并[3,4-b]吡嗪结构中引入氮杂环、硝化氮杂环和取代基团设计出多种呋咱并[3,4-b]吡嗪衍生物。结果表明,引入氮杂环有利于提高标题衍生物的生成焓值,但仅引入氮杂环不能很好地改善其爆轰性能。6种呋咱并[3,4-b]吡嗪环衍生物可作为HEDC候选物。（2）设计了一系列含二硝甲基与三硝甲基的单环硝胺（六元和八元环）和氮杂异伍兹烷笼型硝胺取代衍生物。研究发现,-C（NO2）3能显著地提高取代衍生物ρ、D和P,但分子内含有3个及以上-C（NO2）3时,其爆速与爆压值反而呈下降趋势。-CH（NO2）2或-C（NO2）3的取代增大取代衍生物的感度,并降低其热稳定性。20种取代衍生物具有出色的爆轰性能和适中的感度,可作为HEDC候选物。（3）向呋咱并[3,4-b]哌嗪的二元稠环骨架中并入五元或六元富氮杂环设计出多种三元稠环衍生物。标题化合物均呈现出极高的爆轰性能,大多具有比HMX更高的ρ、D和P值。这表明在二元稠环骨架上并入五元或六元氮杂环能显著提高其爆轰性能。8种衍生物具有出色的爆轰性能和良好稳定性,可作为HEDC的候选物。（4）通过向六氮杂异伍兹烷和六氮杂金刚烷笼型骨架引入氧原子替代其中N-NO2基团,设计了10种氧杂氮杂异伍兹烷和6种氧杂氮杂金刚烷的硝基衍生物。研究发现,引入氧原子不利于改善标题化合物的生成焓和密度,但它们均具有相当高的密度和出色的爆轰性能。另外,引入氧原子后能明显改善标题化合物的热稳定性,降低其感度。12种标题化合物可作为HEDC的候选物。研究表明,引入氧原子构建氧氮杂异伍兹烷和氧氮杂金刚烷笼型化合物是开发高能低感的品优HEDC的有效方法。（5）基于八元氮杂环辛烷为母体骨架,引入分子内桥连基团构建4种新型双环硝胺衍生物。标题化合物具有比母体化合物更高的密度、更好的氧平衡和更出色的爆轰性能,均可作为高能低感的新型品优HEDC候选物。结果表明,基于HMX单环结构引入分子内桥连基构建双环硝胺的设计策略非常有用,可用于开发新型高能低感HEDC。（6）以双环硝胺为骨架,引入分子内桥连基团构建了7种新型笼型硝胺衍生物。标题化合物展现了比母体化合物更高的爆轰性能和更好的氧平衡,均可作为新型品优HEDC的候选物。其中2,4,6,8,9-五硝基-2,4,6,8,9-五氮杂三环[3.3.1.03,7]壬烷（PATN）是具有巨大发展潜力的新型笼型硝胺化合物,分子比六硝基六氮杂金刚烷（HNHAA）少一个N-NO2基团,但其爆轰性能更高,热稳定性更好。结果表明,基于双环硝胺结构引入分子内桥连基团构建笼型硝胺化合物的设计策略非常有用,为设计新型高能低感化合物提供了新思路。