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早在80多年前Wigner和Huntington已经预言金属氢原子相的存在。至今为止已经有大量的研究工作旨在确定在高压作用下氢分子的晶体结构。实验发现在不同的高压区间（0-300GPa），氢分子及其同位素具有不同的晶体结构。随着压强的改变，存在着复杂的结构相变。本文采用集团展开法和第一性原理分子动力学相结合的方法，研究了高压下氢氘合金的不同结构的相变和热力学性质。主要研究内容和创新性结果如下： 基于第一性原理方法研究了高压下氢、氘合金结构相变和氢、氘的同位素效应。在金属氢的相图中，压强为110GPa-150GPa时，氢晶体结构相处于II相，即有序破坏对称相，研究表明氢相变顺序为 C2/c→Cmca-12→Cmca→I41/amd（Cs-IV）。基于第Ⅱ相氢的Pca21结构，研究发现在考虑了零点能，声子作用以及温度效应后，从V-T相图中能够清楚地观察到氢和氘的同位素效应。 采用集团展开法和第一性原理分子动力学相结合的方法研究了3300GPa-4300GPa压力段，金属氢的原子结构及氢、氘及混合物的面心结构物态方程。本文还重点研究了高压氢的结构、弹性常数、声速等力学参量随压强的变化关系，探究了合金切变声速和压缩声速随压强的变化规律。研究发现混合体系的声速介于纯氢的声速和纯氘的声速之间。剪切和压缩声速都随着压强的增加而增大。此外LI0结构合金在4000GPa左右由力学不稳定结构向稳定结构转变。