轻质镁合金由于高的比强度、比刚度，良好的导热、减震、电磁屏蔽及切削等综合性能，在轻工业领域如汽车产业、各类电子产品以及航空航天工业等利用良多。但是六角结构镁合金有限的塑性力学性能大大限制了其更为广泛的应用，而这主要决定于合金中的晶界和位错组织。通常，细晶强化、固溶强化和第二相强化等是增加镁合金弹塑性力学性能的几种有效的理论方式。特别是在镁合金中加入合金化元素导致的固溶强化已经被认证是一种非常有用的方式，可以大大提高镁合金的弹塑性力学性能。然而，目前的研究仅仅集中于实验方面离实现工业化大规模生产还比较远，所以固溶强化的理论还需要继续深入研究。　　本论文首先研究了纯镁的层错结构及相互作用，分析了长周期结构镁合金形成的可能原因。然后结合广义层错能曲线和Peierls-Nabarro模型对纯镁的全位错及基面分解位错进行了研究，得出了其分解宽度、Peierls能和Peierls力等基本力学性能。进一步对镁固溶体中溶质原子与层错的相互作用进行了计算，分析了不同温度下和不同溶质浓度下溶质原子的分布及其对层错能的影响。最后利用广义层错能曲线和Peierls-Nabarro模型研究了溶质原子对镁固溶体基面位错及其性能的影响。论文主要包括以下内容：　　1.研究了纯镁中的类长周期多层错结构，发现类长周期多层错结构可以分为两组，一组为只含I1层错的6H、14H1和14H3，另一组为只含I2层错的10H、14H2（14H4、14H5）、18R1（18R2）和24R。第一性原理计算的层错能表明6H、14H和18R比其他结构更加稳定，这与实验中经常观察到这3种长周期结构的现象相吻合。也发现长周期之间的转变主要发生在含同种层错且平均层错能差较低的结构之间。为了探究长周期结构的成因，我们应用第一性原理计算了层错间的相互作用，结果表明各种层错间的相互作用可以延伸到几个原子层，而不仅仅局限于层错邻层。进一步研究发现根据层错的剪切特征,层错间的相互作用可以概括为同向剪切模型（SD）和反向剪切模型（OD），每一种模型都有一个稳定的层错平衡距离对应着最低的层错能。最后对电子结构的计算揭示了层错之间的相互作用产生的物理机制。　　2.结合第一性原理计算的广义层错能面与P-N模型研究了镁基面（0001）、柱面（10-10）以及锥面(10-11)和(10-12)的刃型和螺型全位错的位错芯结构。结果显示(10-10)、(0001)、(10-11)、(10-12)面的最大位错密度、Peierls能和Peierls力依次增加,表明锥面(10-11)和(10-12)的全位错难以开动,而柱面(10-10)全位错相对容易开动，交滑移主要优先于柱面。但锥面(10-11)和(10-12)的位错核能比基面和柱面要小，表明其形成相对容易。此外,四种滑移系统刃型位错的Peierls能和力都比螺型位错的要低，意味着刃型位错要比螺型位错更容易开动。然而基面位错却很容易分解为两个 Shockley分位错，减小其 Peierls能和Peierls力从而更容易开动。更进一步结合广义层错能面和二维P-N模型研究了基面0o(螺型)、30o、60o和90o(刃型)位错，发现随位错线与Burgers矢量的角度增加，分解宽度逐渐增加。[1-210]的螺型位错和60o位错Peierls能和Peierls力比[10-10]方向的刃型位错和30o位错的要大。刃型分位错的Peierls力最小为2.8MPa，极易开动。纯镁的流变应力可能依赖于刃型分位错的滑动。　　3.研究了镁基面层错与溶质原子之间的相互作用，发现溶质原子与层错之间的相互作用可以延伸到几个原子层，而不仅仅只是层错层。并结合Fermi-Dirac分布函数研究了有限温度下的溶质原子的浓度分布对镁固溶体合金的层错能的影响。与其他理论结果相比，得到了与实验结果相同的层错能随温度上升的趋势，且镁固溶体合金在300K时层错能随溶质原子浓度增加的变化趋势与实验结果也符合很好。所以有限温度下溶质原子的浓度分布对镁固溶体合金层错能有着非常关键的作用。对进一步理解镁固溶体合金位错及其他固溶体合金的塑性力学是很有用的。　　4.结合改进的二维 P-N模型与镁固溶体广义层错能相对于镁广义层错能的变化研究了锌原子300K时对基面位错的影响。发现随锌原子浓度的增加，刃位错之间的分解宽度逐渐减小；而螺位错之间的的分解宽度逐渐变大。从得到的关于位错中心的移动距离和位错分解距离的总位错线能量面，发现螺位错的Peierls能和Peierls力及屈服强度都随溶质原子浓度线性增长，而刃型位错则呈现非线性增长的趋势，并且后者增长速度远大于前者，因此溶质原子对镁固溶体合金综合机械性能是关键性的，深化了溶质原子对镁基面位错的影响及固溶强化效应的理解。