论文以镁合金医用材料为研究方向,通过分子动力学模拟对镁及镁合金凝固过程中微观结构的演变以及微观结构与宏观力学性能之间的关系进行了较深入的研究。论文首先对镁合金的发展现状及应用、镁合金计算机模拟现状以及分子动力学方法进行了概述。然后,本文通过能量与温度曲线、双体分布函数、键型指数法、团簇类型指数法、三维可视化等方法,从不同角度和不同层次对镁合金凝固成型过程中微观结构的形成和演变规律进行了系统的分析。最后,本文计算了室温下镁合金的弹性模量和泊松比等力学参量,并探究了其微观组织结构和力学性能之间的联系。单质镁（Mg）是镁合金最重要的基体元素,因而本文首先系统研究了不同冷却速度下镁单质凝固成形过程中微观结构的演变规律,模拟结果表明与实验数据符合程度较好。研究发现:在不同的冷却速度下,亚稳态bcc相扮演了重要的角色,在较低冷速下,bcc结构作为过渡态首先出现在系统中,随后转变为更加稳定的hcp和fcc结构,随着冷却速度提升,bcc结构作为稳定相保留到了室温,形成与hcp、fcc相互混存的现象。当冷却速度提升到非晶态临界冷速,系统只形成了极少量的长程有序结构。此外,研究发现,短程有序结构和bcc结构的诞生有着直接的关系。研究表明,微量钇（Y）元素能够有效地增加镁合金材料的强度和抗蠕变性能,有利于镁合金在生物材料领域的应用,因此本文进一步研究稀土元素钇对镁钇合金微观结构和力学性能的影响。对钇原子含量为1%-5%的镁钇合金凝固过程的模拟研究发现:钇原子含量对合金的微观结构有较大的影响。含钇量为1%、2%的合金结晶程度较高,以fcc为主,hcp为辅;随着钇原子的增加,fcc减少,hcp和金属间化合物增多,当钇原子达到5%时,系统仅含有少量的长程有序结构。除此之外,钇原子还能提高合金形成非晶态或金属化合物的能力,随着钇原子含量的增加,结晶起始温度逐渐降低,结晶温度区间逐渐增大。模拟结果表明,在力学性能方面,含钇量为1%的合金具有较大的强度和脆性;随后随着钇原子的增加,材料的强度逐渐降低,塑性和韧性逐渐增加。比较分析五种合金微观结构和力学性能之间的关系,发现fcc相在材料的力学性能方面扮演着重要的角色,且微观结构的组成和分布也对材料的力学性能有较大的影响。可视化结果中,层片状结构和孪晶结构合理的解释了当钇原子含量为1%时镁钇合金具有最佳的强度和最大的脆性。论文对比分析了几种典型微量添加元素包括钇（Y）、锌（Zn）、铝（Al）、铜（Cu）对镁合金凝固过程中微观结构演变规律的影响,结果表明:四种不同的合金凝固得到的室温组织不同。Mg99Y₁、Mg99Zn₁、Mg99Cu₁三种合金的晶体结构以fcc为主,hcp为辅;Mg99Al₁合金在凝固过程中出现了亚稳态bcc,并最终转变为更加稳定的hcp。综合考虑溶质原子的原子半径和相对原子质量,研究发现铝的相对原子半径和相对原子质量与镁相近,不容易造成晶格畸变,所以Mg99Al₁合金的室温结构与镁单质类似,而其他三种溶质元素原子半径和相对原子质量差别都比较大,从而形成与hcp相近的fcc结构。力学性能方面,Mg99Yi合金具有较大的强度和脆性。Mg99Cui合金具有较好的塑性和韧性。Mgg9Zn₁、Mg99Al₁两种合金弹性模量处于中间,对材料的强度和韧性增强效果一般。比较分析四种合金微观结构和力学性能关系,发现Mg99Y₁合金原子排列最为规整,有明显的孪晶结构增强相,因此Mg99Yi合金具有最大的强度和脆性;而Mg99Cu₁合金fcc、hcp及短程有序结构相互混存,不易形成粗大晶粒,因此塑性和韧性较好。