本论文主要研究垂直震动的颗粒物系统的基本动力学行为。我们首先讨论了在一个受到垂直振动的颗粒物系统中，实验上经常出现的一些实验现象，接下来通过计算机数值模拟研究了这其中的一些现象的基本规律，我们主要研究了受垂直振动的颗粒物系统中关于尺寸分离和表面波方面的问题。 垂直振动的颗粒物系统可以表现出很多的现象：如表面流、对流、水平流、密堆、表面波等，这些现象无论是在二维还是三维系统中都可以在实验中观察到。在垂直振动的系统中，系统的振动的频率厂和加速度幅度Γ（Γ=Aω<,2>／g，A表示振幅，ω表示振动角频率）是非常重要的系统参数。实验和模拟表明垂直振动的颗粒物层所展示的行为可以按照垂直振动的加速度幅度Γ来分类：当Γ＜1时，固态；当Γ＞1时，对流和尺寸分离；Γ＞2.5时，周期性耦合，会形成一定的模式，如出现表面波和泡状结构。这里垂直振动的加速度幅度取值约在1.0～5.0之间，层的厚度约在5～30之间。 现在已经有几种较为成熟的计算机模拟技术可以模拟颗粒物系统，我们首先回顾了几种常用的模拟方法，并将在本文中详细描述了时间驱动算法（MD或者叫分子动力学方法）。我们认为分子动力学算法是非常适合模拟颗粒物系统的方法，接下来将根据模拟的实际结果和比较分析，以及自己的经验，给出一些原因，分子动力学算法也是我们在本文中所选择的模拟方法。 我们接着讨论了二元混合物在外界垂直振动下的尺寸分离效应。当容器振动加速度幅度略微比1大的时候，二元混合物开始分离。尺寸分离包含了the Brazil nut problem（BNP，巴西果效应）和the reverse Brazil nut problem（RBNP，反巴西果效应）。在巴西果效应中，直径较大的硬球将会上升到顶部，而直径较小的硬球将下沉到底部，而在反巴西果效应中，直径较大的硬球将下沉到底部。 我们首先通过计算机模拟，研究了二维受垂直振动的二元混合物系统的水平分离效应。当容器底部是锯齿形状的时候，二元混合物在外界垂直振动下，不仅会发生水平分离，也会发生上下分离，这个时候，水平分离占据了主导地位，同时上下分离过程也完全符合巴西果效应和反巴西果效应。 其次我们讨论了垂直振动体系中的形成表面波的问题。无论在二维或三维体系中，垂直振动的颗粒物层在适当的条件下都可以出现表面波。当加速度幅度介于2.5～4.5之间时，在颗粒物表面层形成的表面波是在每隔两个振动周期的时候出现的，这样的表面波称为半频波，而当加速度幅度介于5.5～8.0之间时，在颗粒物表面层形成的表面波是在每隔四个振动周期的时候出现的，这样的表面波称为四分之一频波。在本文中我们研究的是半频波，加速度幅度介于2.5～4.5之间。 在表面波问题中，我们首先研究了二维表面波。我们采用分子动力学算法来模拟研究在二维垂直振动系统中的波的形成。通过数值模拟，分析得出的数据，针对不同的频率、加速度、容器尺寸和颗粒物层的厚度，测量各种耗散关系。通过分析颗粒物的密度分布，我们探究了颗粒物系统的内部运动过程，表明了颗粒的运动是局域化的，并没有发现颗粒物的整体横向移动。早先的数据分析表明有两种普遍的机制存在于二维系统中：耗散机制即波长随着频率增加而减少；频率饱和机制即存在临界频率，当频率超过某一特定值时，波长只随厚度变化，不会随着频率的增加而增加。随后我们发现还存在厚度饱和机制，即当层厚增加到一定程度时，波长不在随着层厚的增加而增加。 接着我们研究了三维系统，在三维垂直振动的颗粒物系统中，实验已经发现了在颗粒物表层所形成的表面波图案，这些图案类似于在在有规则振动的流体中所形成的图案。从振动的容器顶部观察颗粒物系统所形成的图案，可以观察到有规则的结构，如条纹、四方、或者六角结构等。同时计算机模拟通过ED算法和简单的“Toy”模型已经再现了这些在三维系统中所形成的图案。 在本文当中，我们通过MD算法也再现了这些图案。本文中我们主要研究了三维表面波中的条纹的取向问题。在特定的振幅，频率下，我们发现了条纹的取向会受到边界条件的影响。在正常条件下，条纹的取向一般是倾向于垂直于容器的边界，但是在长方形结构和两个大小不同圆柱所围成的结构中，我们发现了在边界条件变化的时候，条纹的取向也会发生改变，取向变成与于原来的取向垂直，并且在这种取向改变中，出现了一种过渡结构──六角结构。 通过计算机模拟，我们广泛的讨论和研究了颗粒物的性质，实验和模拟表明，外界振动参数以及边界条件，都可以对颗粒物层表现出来的性质产生很大的影响。 同时也表明了计算机模拟在颗粒物系统的研究中扮演了越来越重要的角色。