动态载荷下凝聚介质的动态响应过程是涉及凝聚态物理学、冲击动力学和材料科学等多个学科领域的重要研究课题。其中,材料的冲击相变是多年来备受关注的冲击波领域的研究难题。冲击相变现象的发生,使其动态响应变得更为复杂。铈（cerium,Ce）是一种稀土金属元素,其在不同的温度、压力条件下存在多种结构相,具有丰富的相变行为。其中在室温、约0.7 GPa压力条件下的α-γ一阶同构相变最吸引研究者关注,两相的晶体结构同为面心立方,体积却可以突变14%-17%。目前对该相变的机制描述主要有Mott相变、Kondo体积坍缩、熵驱动等多种理论模型。伴随着相变的发生,γ-Ce在冲击加载下的波阵面呈现为三波结构,依次分别为:γ-Ce弹性前驱波、γ-Ce塑性波、γ→α相变波。已有的研究大多是基于宏观物态方程和本构关系以及微观均匀体系研究,对于Ce的γ→α相变的非平衡过程中微结构的演化还缺少认识。分子动力学（molecular dynamics,MD）模拟是基于源自水平的确定性模拟方法,随着计算机性能的飞速发展,MD发展为冲击等非平衡过程中材料内部微结构演化研究的重要技术手段。在本文工作中,首先提出了一种新的Ce原子间作用势,针对该势函数性质进行了分析。采用该势函数,对Ce在静态压缩和冲击加载下的相变过程进行了 MD模拟研究,对其内部微结构的演化和动力学性质进行了系统分析。1.基于Rose物态方程和嵌入原子法（EAM）,构建了一种新的Ce原子间作用势。利用该势函数分别计算了γ-Ce和α-Ce两相的晶格常数、结合能、弹性常数以及晶体缺陷和声子谱。计算结果与实验和第一性原理计算符合较好。其中在室温（300K）条件下γ-Ce和α-Ce两相的熵相差约0.67 kB/atom。2.利用MD模拟方法,计算了 Ce在不同温度下的等温压缩线,预测了同构相变的发生。通过对径向分布函数和力学量的变化分析,确认两相均为面心立方结构,该相变为面心立方Ce的α-γ同构相变相变。MD模拟得到的α-γ相变的P-T相图与实验相符,相变临界温度为Tc≈550 K,临界压强Pc≈1.21 GPa。模拟结果表明,新发展的EAM势可用于Ce的α-γ相变的模拟研究。3.对Ce的冲击同构相变行为进行了大规模MD模拟,并考察了模拟结果对不同冲击方向的依赖性。模拟结果表明,在一定强度下单晶Ce中的冲击波阵面呈现为多波结构:在[001]和[011]晶向加载下表现为双波结构,依次为前驱波和相变波;在[111]晶向加载下波阵面分裂为弹性前驱波、γ-Ce塑性波、γ→α相变波,与已有的实验观察相一致。MD模拟得到的冲击波速Us-up以及P-u Hugoniot关系与实验符合得较好。MD模拟的冲击相变过程中,相较于静水压加载,冲击加载的相变压力条件偏低一些表明应力偏量对同构相变起了一定的促进作用。4.对冲击前后的微观结构进行了分析。[011]和[111]晶向的冲击加载前后局部晶格均为fcc结构,其中最后一个冲击波后体积明显坍缩对应于Ce的γ→α相变;对于沿[001]晶向的冲击加载,在相变过程中观察到了体心四方结构,当然这是由势函数的能量构型决定的,通过对不同变形路径的能量分析发现,本文EAM势确实存在着出现体心四方结构的可能。