天然气水合物是一种具有笼型结构的非化学计量的类冰状结晶化合物,俗称“可燃冰”。自然界的水合物主要由甲烷气体和水分子在低温高压的环境中形成,因此通常存在于深海沉积物和常年冻土地区。水合物被认为是未来的潜在能源,引起了世界各国的广泛研究。除了作为一种新型的开采能源外,水合物独特的分子结构,也涉及了许多热点研究问题,如实现气体储存、分离以及运输等。因此关于水合物的形成过程和稳定性的研究引起了各国学者的关注。本文在国内外对水合物的研究基础上,通过对sⅠ型水合物进行加载单轴拉伸载荷的分子动力学模拟,重点研究了包含不同客体分子水合物的力学稳定性,分析了客体分子对水合物结构和力学性能的影响。本文首先探讨了客体分子的几何构型和在水合物结构中的运动对其结构力学性能的影响,研究发现客体分子与主体水分子的相互作用势能,主要受客体分子在笼子内的自由运动有关,对于CO2这类线性结构分子,随着应变的增加,@512和@51262LP笼子内分子的旋转被限制在拉伸载荷方向,导致作用势能下降,随着温度升高这种限制作用效果会减弱。不同的笼子类型对拉伸载荷的敏感程度不同,一般来说水合物中包含客体分子大笼子在拉伸载荷下表现得更加稳定。在相同的应变下,水合物中O…O…O键角的变形比O…O键长的变形更敏感,对笼子的破坏起着更为关键的作用。接下来本文又重点探讨了客体分子形成氢键能力对水合物结构力学稳定性能的影响,通过对模拟的结果分析发现,sⅠ型水合物主体水分子之间形成氢键的数量越多,其力学稳定性越好。客体分子形成氢键能力越强,会与周围水分子形成新的氢键,从而导致主体水分子之间氢键数目减少。通过对水合物拉伸过程的一系列快照观察,发现形成氢键能力弱的客体分子水合物,变形主要集中在（101）晶面上。形成氢键能力强的客体分子水合物,变形主要集中在笼子的水分子结点处。随着拉伸载荷的增加,顶点处的应力变得更加集中,然后在水合物结构中的每个结点处发生变形,开始大规模的解离和破坏。