聚合物在现代社会中被广泛使用。例如,质子交换膜（PEM）因其独特的性能而成为燃料电池和电解槽中不可缺少的聚合物产品之一。聚合物的性质/性能受到聚合物重复单元结构、侧链的结构及分布以及交联度等多种因素的影响。目前,聚合物设计方法有两个主要问题:聚合物的开发通常需要大量、耗时、昂贵的试错程序实验,并且聚合物特定的定性化学知识在实践中并不总是可行的;获得满足多种性能要求的最佳聚合物尤其困难。因此,迫切需要开发一种系统性的方法来加速满足所需特性的高性能聚合物的设计。本文采用计算机辅助聚合物的设计方法（CAPD）,从而得到满足目标性能要求的最优聚合物结构。本论文的主要内容包括以下几个方面:（1）为了考虑聚合物侧链的长度及分布和交联度对聚合物性质/性能的影响,将分子动力学（MD）集成到定量构效关系模型中,建立CAPD设计框架。首先,识别聚合物产品的要求和目标特性,并将其转化为性能约束。然后,MD用于模拟不同结构的聚合物的目标性质,从而建立聚合物的定量结构-性质关系（QSPR）。随后,计算机辅助聚合物设计的方法与开发的QSPR模型相结合,优化得到满足目标性能要求的聚合物结构。设计问题中以聚合物性能为目标。其中,设计变量包括聚合物的侧链的结构和数量,聚合物的交联度,操作温度等。最终,通过MD或者微观结构分析验证优化得到的聚合物结构。（2）将CAPD框架应用在考虑侧链的聚氟磺酸型质子交换膜（PFSA-PEM）上,识别出质子扩散系数、热导率和密度等多个目标性能均良好的PFSA-PEM结构。运用MD模拟不同侧链结构和数目的聚合物膜性能,建立多元线性回归的QSPR模型。基于已开发的QSPR模型,将PFSA-PEM的设计问题描述为随机优化数学模型,其中操作温度被视为一个随机变量,目标函数由层次分析法确定。最终,利用两阶段算法求解混合整数非线性规划问题,得到最佳侧链结构分布的PFSA-PEM,并进行MD验证。（3）将CAPD框架应用在考虑交联的聚氟磺酸型质子交换膜（PFSA-PEM）上,识别出具有较高质子扩散系数的PFSA-PEM结构。运用MD模拟不同交联度的聚合物膜性能,建立贝叶斯神经网络的QSPR模型。基于已开发的QSPR模型,将PFSA-PEM的设计问题描述为贝叶斯优化数学模型,目标函数由最大化采集函数确定。最终,通过贝叶斯优化算法求解得到最佳交联度的PFSA-PEM,并进行MD验证。