氮杂芳香类含能化合物因其高氮、低碳氢的分子结构而具有高正生成焓、高密度、低感度和易于氧平衡的特征，满足高能钝感炸药的要求。炸药实验研究耗资大，周期长，效率低，危险性大以及不可预见的因素。因此，理论研究三唑类和吡嗪类杂环化合物结构–性能的关系，对高能量密度化合物的分子设计有重要意义。本论文以1,2,3-三唑和1,2,4-三唑为母体，采用硝基、甲基取代部分氢原子设计并计算了19个硝基三唑类衍生物。运用密度泛函理论DFT-B3LYP/6-31+G^**方法给出了标题物的几何和电子结构，基于统计热力学方法计算了相应的热力学数据；阐明了三唑的硝基取代效应，揭示了结构–性能的规律性关系。研究发现1,2,3-三唑热引发键始于C–N键和N–N键，而不是骨架C=C双键的均裂。1,2,4-三唑热引发键始于N–N键，而不是N=C和N=N双键的均裂，这一结果与实验事实相符。采用B3LYP/6-31+G^**和B3P86/6-31+G^**两种不同水平计算了三唑衍生物的△（H_f^θ,298K），并得到了计算结果的一致性。通过大量的等键反应和计算均值验证了生成焓计算值的准确性。计算结果表明硝基和甲基在C原子上取代的生成焓比其在N原子上取代的生成焓小。这与键解离能计算值的变化趋势一致，从而说明计算的准确性。又采用B3LYP/6-31+G^**方法较为系统地研究了7个苦氨基三唑（PATO）的同系物和14种多硝基吡嗪氮氧化物，计算得到其结构、能量、热力学函数，通过对理论和实验结果的比较分析，揭示了其宏观物性与结构的关系。基于统计热力学，求得部分标题化合物100～1200 K温度范围内的热力学性质。采用Monte-Carlo方法理论估算了三唑类和吡嗪类硝基衍生物的密度，运用K–J经验公式预测了其爆速、爆压，为HEDM分子设计提供了定量依据。采用UB3P86/6-31+G^**方法计算了三唑类和吡嗪氮氧化物的硝基衍生物中C–NO₂键的键解离能（Bond dissociation energy, BDEs），并通过感度与键解离能的线性方程计算得到各硝基化合物的撞击感度。由感度的计算结果表明多硝基吡嗪氮氧化物、硝基三唑及其甲基衍生物的冲击感度值h₅0大于60.0 cm的可作为候选的高能低感材料。本论文为三唑和吡嗪类氮杂环化合物提供了大量基础研究的数据，总结得到了有价值的规律，为高氮含能材料分子的应用和实验合成提供了一定理论的参考。