在现今生产生活中,聚合物材料由于其优异的性能和低廉的成本,已经成为人类生活中不可或缺的一部分。得益于其长链分子结构,聚合物材料往往表现出更高的韧性以及延展性,同时兼具足够高的机械强度。聚合物的加工成型涉及聚合物融化、输送及模塑过程。其中输送与模塑阶段与聚合物流变性能密切相关。这要求研究者对于聚合物熔体中分子链构象对外加流场的微观响应机理有着深入的认识。传统的管道理论能够对聚合物分子链的线性学流变行为进行准确的描述,然而迄今为止,现有的诸多理论模型尚不能提供对于分子链在强流场下的非线性流变学行为的准确物理图像。另一方面,对于玻璃态聚合物,其分子链连接性结构对宏观机械响应行为的影响至今仍具有广泛的争议。由于包括聚合物熔体和聚合物玻璃在内的无定型聚合物不具有如同聚合物晶体的有序结构,因而研究者很难通过实验手段直接获取其微观结构信息。受益于现代计算机技术的发展和大规模集群运算方法的普及,计算机模拟技术越来越多的被运用于科学研究中,以求解难以得到精确解析解的物理或者数学模型、验证抽象理论、以及模拟难以直接通过实验观测的物理现象。基于以上背景,本文采用分子动力学模拟技术对聚合物熔体中分子链在强剪切流场下的取向翻转、预应变玻璃态聚合物在退火和循环应变下的弹性屈服、以及玻璃态聚合物在外加应变下的过度老化行为进行了研究。具体研究内容和研究成果如下:（1）采用非平衡分子动力学模拟,研究了溶液和熔体中聚合物分子链在稳态剪切过程中的取向翻转行为。研究表明,尽管存在分子链间的拓扑约束,高度缠结的聚合物熔体中的分子链仍然可以如同在稀溶液中一样,在外加剪切场下循环往复的发生取向翻转。聚合物熔体中分子链的这一取向翻转行为具有与稀溶液中类似的动力学过程,其对剪切强度和分子链聚合度的依赖关系与稀溶液中完全一致。这说明在稳态剪切过程中,聚合物熔体内分子链的取向翻转完全发生在其约束管道内,因而分子链缠结构象几乎不影响其取向翻转过程。（2）采用分子动力学模拟方法研究了预应变玻璃态聚合物材料在退火过程中的弹性屈服现象。在本研究的计算机模拟工作中,通过压缩可以在经过多次退火消除了弹性屈服的模型中再现回缩的弹性屈服应力;同时即便通过压缩消除了模型内可能存在的链内焓张力的影响,在压缩应变小于预拉伸应变的50%时,弹性屈服应力仍然能够得到维持。模拟结果表明,链内焓张力绝不是如前人认为的那样是弹性屈服的主要来源。基于模拟结果,本文将弹性屈服归因于预拉伸产生的键取向与通过粒子重排进行的能量耗散过程。更进一步地,本研究将弹性屈服现象推广到玻璃态聚合物的应变过程,从而提出了新的解释玻璃态聚合物应变硬化的理论路线。（3）采用分子动力学模拟对最近研究者在玻璃态聚合物过度老化的模拟以及实验工作中的冲突性结果进行了验证。研究表明,温度对外加应变对玻璃态聚合物材料老化状态的调控作用具有非常显著的影响;同时玻璃态聚合物发生机械复苏的临界应变随温度的变化曲线表现出明显的两个温度区间。这两个温度区间分别对应于外加应变改变玻璃态聚合物局部堆积结构的不同微观机制。（4）采用分子动力学模拟方法通过振荡剪切在预拉伸的玻璃态聚合物模型中再现了弹性屈服现象,并给出了决定弹性屈服应力幅度的取向有序链段的临界空间尺寸。模拟结果表明具有在分子链连接键尺度上的取向有序的玻璃态聚合物材料在外加应变下将表现出远高于熵弹性应力的机械应力,这一应力的值正比于分子链在连接键尺度的取向有序程度。这一研究结果证明键取向有序是玻璃态聚合物对外界应变的机械响应的决定因素之一。该工作对于理解玻璃态聚合物机械性能有着启发性和创新性的作用。本论文的主要创新点:（1）采用非平衡分子动力学方法研究了强剪切流场下聚合物分子链之间的拓扑约束对于分子链取向翻转行为的影响。（2）揭示了温度对外加应变对玻璃态材料老化状态的调控作用的显著影响,回答了近期研究者获得的相矛盾的模拟和实验结果的原因。（3）通过分子动力学模拟方法揭示了弹性屈服现象的物理图像,并证明了玻璃态聚合物中分子链在连接键尺度的取向有序能够产生远高于熵弹性应力的机械应力。这一研究结果为解决关于玻璃态聚合物的应变硬化的理论争议提供了新的思路。