数值模拟是微纳米领域重要的研究方法,其中分子动力学(MD)在微纳米模拟中已获得了广泛的应用。但受计算能力制约,MD能模拟的时间、空间尺度非常有限。作为一种高效的分子模拟方法,光滑分子动力学(SMD)在MD的基础上借鉴了物质点法(MPM)背景网格和映射的思想。SMD能使用比MD大得多的时间步长且拥有较高的整体精度,但存在着局部精度不足的问题。多尺度方法通过结合不同的研究方法,以实现精度和计算效率间的平衡。本文在SMD基础上开展了多尺度方法相关研究。为了提高SMD的局部精度,本文首先提出了基于预测-修正思想的交替光滑分子动力学(AltSMD)方法。AltSMD首先采用SMD将系统快速推进至整体近似状态,然后采用MD弛豫修正系统至真实状态。作为光滑分子动力学的改进方法,AltSMD拥有SMD的高效率,但局部细节却与MD更加吻合。本文还提出了基于原子力差异的交替转换判据来实现交替过程的自动控制。在多尺度方法中,精细区的高频波无法传入粗化区而在边界产生虚假反射。针对此问题,本文提出了一种基于尺度分解的界面处理方法。本方法采用基于尺度分解的低通滤波方案,将波中高频分量在边界前消除掉,从而抑制了高频反射,且不影响低频波的正常传播。本方法采用背景网格映射方法高效地实现了尺度分解。本方法简单高效,也能很方便地应用于各种多尺度方法。为了实现MD和SMD间优势互补,本文提出了分子动力学-光滑分子动力学自适应耦合方法及自适应转换判据。本方法中MD用于局部位错区,其他区域采用SMD,并采用本文中的界面处理方法和多时间步积分方案。由于MD和SMD方法上的相似性,本方法非常简单直接。本文还提出两种自适应转换判据:中心对称数(CSP)判据和位移判据,其中位移判据具有高效率和高精度。基于SMD与MD、MPM间的相似性,本文提出了基于光滑分子动力学的分子动力学-物质点法无缝耦合方法。为了实现了MD-MPM无缝耦合,本方法在SMD和MPM区界面引入嵌入区消除了原子区和连续介质区之间的不协调性,同时在MD和SMD界面处采用了本文中的界面处理方法。本方法也采用了多时间步积分。此外,本文还为本方法发展了并行化方案,进一步提升其处理大规模问题的能力。