铝是地壳中含量最丰富的金属元素,同时也是应用极为广泛的工业材料,对其基础特性的研究对材料学、地球科学等都具有非常重要的意义。本论文利用分子动力学(MD)模拟方法研究了单晶铝在单轴加载和等变形压加载条件下的相变过程。讨论了沿不同晶向加载及在等变形压加载条件下单晶铝发生相变的规律,重点从相变晶体学的角度分析了单晶铝在沿不同晶向加载及在等变形压加载条件下的相变机制。通过追踪原子运动轨迹,得到了单晶铝滑移的路径,为进一步分析铝的相变过程提供了理论依据。在单轴加载条件下,铝在沿[001],[011],[111]三个晶向的加载过程中都会发生fcc-hcp相变,但相变特征和相变机制与加载晶向密切相关。加载方向为[011]及[111]晶向时所呈现的相变特征和相变机制非常类似,但与沿[001]晶向加载时所呈现的相变特征和相变机制截然不同。其中沿[001]晶向加载时,fcc-hcp的相变临界压力在90Gpa左右,对应应变为0.32。而沿[011]及[111]晶向加载时的相变临界压力分别为14Gpa和17Gpa,对应形变分别为0.107和0.114。在单轴加载下,沿不同晶向加载时,单晶铝的相变机制有所差异,通过追踪原子的滑移路径,得到了沿不同晶向加载时的相变机制并进行了分析讨论。研究结果显示：沿[001]晶向加载时的相变为完全相变,相变机制可以认为分两步进行。第一步,fcc结构铝中不同区域的的(010)和(100)晶面在加载过程中[001]晶向的晶格变短,上述两晶而转变为hcp的(0001)晶而。第二步,在由fcc(010)晶面转变为hcp(0001)晶面的这一区域,fcc{010}晶面族上的相邻两晶面的原子在压力超过临界压力后分别沿[100]和[100]晶向滑移。与此同时,在由fcc(100)晶面转变为hcp(0001)晶面的这一区域,fcc{100}晶面族上的相邻两晶面的原子沿[010]和[010]晶向滑移。在这两步结束后,铝由原来的fcc相转变为hcp相。并且hcp相主要以孪晶的形态存在,孪晶界面为(110)面。另外还有一部分原子以fcc堆垛层错的结构形式存在,这部分堆垛层错构成的晶面主要为(100)和(010)晶面。随后的研究发现沿[001]晶向加载相对应的卸载过程有逆相变的出现,其中,逆相变过程的相变压力大约为71Gpa,比加载时的相变压力要小一些,逆相变出现了滞后现象。沿[011]和[111]两个晶向加载时出现的fcc-hcp相变为不完全相变。当相变结束后,仅有大约20%的原子排列为hcp结构,其它仍以fcc结构或无序原子结构排列。沿这两个晶向加载时的相变机制可归结于不全位错沿滑移面的滑移。当加载方向为[011]晶向时,hcp相在四个属于fcc{111}晶面族的滑移面(111)、(111)、(111)、(111)上生长为典型的层片状结构。而当加载方向为[111]晶向时,由于剪切应力在(111)晶面上的分量为0,所以,不全位错不会再(111)面上发生滑移,而是在fcc{111}晶面族的另外三个晶面上,即(111)、(111)、(111)晶面上进行滑移。最后在(111)、(111)、(111)三个晶面上形成典型的层片状结构。随后本文进一步研究了在等变形压加载条件下铝的结构相变。在等变形压加载条件下,铝在250Gpa左右会发生fcc-bcc的相变。但并未在相应的低压段发现fcc-hcp相变。在相变过程中,随着压力的提高,相变开始的时间越来越短。整个相变完成所需要的时间随体系初始压力的上升呈指数下降的趋势。模拟中我们详细考察了相变的结构特征,结果发现,在样品的不同区域,旧相——fcc相的两个属于{111}晶面族的原子密排面——(111)和(111)晶面转变为新相——bcc相的原子密排面(011)面。而fcc结构中的(111)晶面和(111)晶面的分界面(0-11)成为bcc结构中的晶界界面。对单晶铝在等变形压加载条件下出现fcc-bcc结构相变的相变机制的研究表明：相变主要来源于原子排列的四种运动：原子间距的拉伸和压缩；原子排列沿相应晶向的剪切；晶面间的滑移和晶而的旋转。相变过程中,在fcc相(111)晶面转变为bcc相(011)晶面的这一区域,沿[211]晶向排列的原子之间的间距缩短,与此同时,沿[011]晶向排列的原子之间的间距拉长,在原子间距发生变化后,原子排列会沿[010]或晶向发生剪切,紧接着,fcc结构的(111)晶面中的相邻两晶面沿[211]晶向滑移。而在在fcc相(111)晶面转变为bcc相(011)晶面的这一区域,沿[211]晶向排列的原子之间的间距缩短,与此同时,沿[011]晶向排列的原子之间的间距拉长,在原子间距发生变化后,原子排列会沿[001]晶向发生剪切,紧接着,fcc结构的(111)晶面中的相邻两晶面沿[211]晶向滑移。最后,fcc结构中的(111)和(111)晶面转变为现在bcc结构中的(011)面。最后,已发生结构转变的晶面还要有一个旋转的过程,旋转晶面为bcc结构的(011)面,旋转的角度大约为6.5°。在晶面旋转结束后,相变过程也随之结束。基于分子动力学计算模拟,本论文对铝在单轴加载条件下的相变过程和等边形压加载条件下的相变过程开展了细致分析,研究结果为从微观上深入认识铝的相变特征提供了重要依据。