本文选取纯铁、铁基二元及三元合金为研究对象,通过第一性原理分子动力学和经典分子动力学对纯铁液态非晶态结构及其在液固转变中的结构演变、铁基二元合金熔体结构与相图之间的关系以及铁基三元合金熔体结构与非晶形成能力之间的关系进行了研究。通过经典分子动力学对纯铁的熔体结构、非晶结构,玻璃转变过程以及结晶过程的结构演变进行了研究。研究发现,纯铁处于过热熔体时,团簇表现出五次对称的特性。在降温过程中,原子团簇的稳定性与它的配位数、五次对称以及饱和键对的比例有着密切的联系。纯铁在发生玻璃转变时,各种结构参数的变化趋势在玻璃转变点处发生显著变化,这表明了玻璃转变与结构之间存在着密切联系。在非晶状态,双体分布函数第二峰发生劈裂,通过对双体分布函数的分解发现,第二峰的劈裂与团簇连接方式的不均衡性有关,团簇之间的三原子共享连接对应于第二峰的左副峰,二原子共享连接对应于两副峰之间的谷,一原子共享连接对应于第二峰的右副峰。通过与过热熔体以及晶态铁的结构对比,第二峰劈裂的深层次原因是非晶铁比液态铁具有更好的密度并且具有与晶态铁不同的团簇密堆方式。在非晶铁中,团簇表现出五次对称特性,同时,团簇之间的排列也表现出五次对称的特性,但是团簇排列方式既不是面心立方也不是二十面体排列,而是呈现出多样性。团簇的配位数与其周围分布的平均团簇数量呈现出一种线性关系,这种线性关系在某种程度上揭示了非晶结构的分形本质。在纯铁结晶过程中,通过追踪团簇变化结合团簇之间的转变方式提出了一个由二十面体结构向体心立方结构转变的模型,通过这个模型,可以较为清晰地看到结晶过程中团簇变化的路线图。利用第一性原理分子动力学对六个铁基二元合金体系的熔体结构进行了研究,发现他们的液态结构与相图之问存在着密切的联系。在Fe-C体系中,共晶点与化学短程序之间存在着明显的对应关系,在Fe-P以及Fe-Ti和Fe-Zr共晶体系中,共晶点与拓扑短程序之间存在着密切的联系。结合Fe-B体系中共晶点与化学短程序之间的密切联系,可以得到初步的推论,在原子尺寸差别特别大的共晶体系,共晶点与化学短程序的关系密切,在原子尺寸差别并不是很大的共晶体系,共晶点与拓扑短程序关系密切。在Fe-Ni和Fe-Cr体系中,键对的变化与液相线的变化呈现出规律性的变化,饱和键对的走势与液相线相同,不饱和键对的走势与液相线相反,这说明键对与熔体的某些性质比如流动性等可能有着密切的关系。通过第一性原理分子动力学对Fe70EM10B20(EM为前过渡族元素)和Fe72RE6B22(RE为稀土元素)两个铁基三元体系的熔体结构与非晶形成能力之间的关系进行了研究。Fe70EM10B20体系的浓度相关函数的变化与非晶形成能力之间存在着密切的关系。各个浓度相关函数形状的不同主要与EM原子的半径有关,同时Fe-EM和EM-B原子对之间的相互作用也起到了重要作用。Fe72RE6B22体系中,强非晶形成熔体的RE的半径小于弱非晶形成熔体中的RE,但是强非晶熔体中的RE-Fe和RE-B的相互作用较强。Fe70EM10B20体系中尺寸效应在非晶形成中占据主导地位,Fe72RE6B22体系中化学相互作用占据主导。