本论文运用从头算分子动力学(AIMD)和密度泛函紧束缚分子动力学(DFTB-MD)方法,系统地研究了极端条件下7种炸药晶体的起始分解机理和后续分解过程;模拟了高温下FOX-7(1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯)的分解和燃烧机理及其反应动力学。采用密度泛函理论(DFT),对所设计的四嗪功能化FOX-7衍生物和氮杂金刚烷N-O化合物的爆轰性能和撞击感度进行预测。运用DFT方法,研究了一些高能化合物的氧化还原性、土壤中的降解机理以及潜在毒性。其主要内容包括以下五个部分:1.高温下高能晶体的分解机理采用AIMD方法,研究了2160K下TEX(4,10-二硝基-2,6,8,12-四氧杂-4,10-二氮杂四环[5.5.0.05,903,11]十二烷)单分子和晶体的引发分解机理和后续分解过程。揭示了晶体分解中氢自由基的催化反应路径。展示了分解反应后期氮气的释放机理、环裂解机理、长链和杂环的形成机理。探讨了其主要分解产物数目随着反应时间的变化。运用DFTB-MD方法,模拟了2400K、2700K和3000K下δ-HMX(奥克托今)的绝热分解过程。展示了其详细的初始反应机理、后续的分解路径和主要产物;探讨了几种初始反应机理的相互竞争机制;研究了初始反应机理和分解产物随时间的变化。2.高压耦合高温下高能晶体的分解机理采用AIMD方法,模拟了不同高温和不同高温耦合不同高压下离子盐DBTD(3,3’-二硝基-5,5’-双-1,2,4-三唑-1,1’-二氧羟二肼盐)、含MOF(金属有机框架)结构的NHN(硝酸肼镍)、CL-20(六硝基六氮杂异五兹烷)、β-HMX和α-RDX(黑索金)晶体的分解过程。揭示了五种不同条件下DBTD分解机理的差异;分析了影响其分解机理的因素;研究了超胞大小对其最初分解机理的影响。揭示了不同外界条件对NHN晶体分解机理的影响;阐明了多镍化合物和水的形成机理；展示了多环网络的形成与瓦解机理。揭示了CL-20晶体、β-HMX和α-RDX晶体的起始分解机理;分析了其引发后的主要分解途径;研究了它们的主要分解产物数目随时间的变化。3.高温下FOX-7的分解和燃烧机理运用DFTB-MD方法模拟了高温下单分子和多分子FOX-7的分解和燃烧过程。比较了其单分子和多分子热分解和燃烧反应机理的差异;展示了它们起始分解后中间体的竞争反应路径;探讨了其分解和燃烧过程中主要产物数目随时间的变化;确定了它们热解和燃烧反应的动力学参数。4.四嗪功能化FOX-7衍生物和氮杂金刚烷N-O化合物的分子设计基于两种分子骨架,采用不同的分子设计理念:四嗪功能化FOX-7和氮杂金刚烷,通过引入N-O键和硝基得到系列衍生物;运用密度泛函理论方法,预测他们的爆轰性能和感度,筛选出潜在的高能密度化合物。5.高能化合物的环境效应运用DFT方法,研究了 6种四嗪功能化FOX-7衍生物的氧化还原性以及其中第六个化合物在土壤中的降解机理;预测了21种含硝基炸药的氧化还原能力及其毒性对淡水鱼的影响。