结构的热变形是影响仪器精度的主要因素。由于热变形的非相似性所引起的误差,通过控制环境温度和使用低膨胀材料是很难解决的。确定形体非相似性热变形规律,从结构设计的角度对问题进行改进是十分必要的。对此提出了一种基于分子动力学理论的非相似性研究方法,搭建热变形实验进行验证,并对激光准直系统进行了热结构设计。主要完成以下工作:（1）阐述了热变形及非相似性热变形的原理,在宏观层面从热应力角度解释了非相似热变形产生的原因。在微观层面借助弗兰克尔双原子模型解释了热变形产生的机理,通过对原子进行受力分析解释了非相似性热变形产生的机理并提出了利用分子动力学探索非相似热变形规律的方法。（2）介绍了分子动力学仿真的原理,采用Lammps仿真软件建立了方体铝原子模型,选择了合适的模型参数,介绍了仿真流程及注意事项,将仿真结果利用Ovito进行了可视化处理实时观察模型的变形情况。（3）利用散点矩阵分析了不同方体的长度、高度及升温幅度对应与热变形量之间的关系,基于回归分析计算了不同长度和高度的形体在不同升温幅度下表面原子坐标的变化。建立了上表面各部位变形量与及温度增量之间的数学模型。（4）搭建了热变形实验系统,设计了高精度温控箱控制标准件的温度,设计了固定架及对准结构,选择并改进了热变形测量系统,编写了高效的采集程序。标定了电感测头、温度传感器及加热板变形量等参数,对不同形状的标准件进行测试,验证并完善形体非相似热变形的规律。（5）根据形体非相似热变形的规律改进了激光准直系统,标定了激光准直系统的测量参数,设计了对比实验验证激光准直系统的改进效果。实验结果显示,经改进的激光准直系统激光束稳定性可提高40%以上。