镁合金由于具有六方晶体结构的特点,在室温变形条件下独立的滑移系少,导致室温塑性低,变形加工困难,这已成为阻碍镁合金材料大规模应用的瓶颈问题。由于缺少足够的独立滑移系,孪生变形成为密排六方（hexagonal close--packed,HCP）金属中十分重要的一种变形方式。对镁合金孪生变形机理的研究一方面可以丰富和发展金属塑性变形的基础理论,另一方面,对于优化塑性加工工艺及研发具有高成形性能的镁合金材料具有重要意义。传统实验手段无法观察材料内部缺陷的动态演化过程,而且常常受试样尺寸的限制。而分子动力学模拟在研究小尺寸试样尤其是纳米尺度材料内部塑性变形机制方面有其独特的优势。鉴于当前镁合金材料微小尺寸下实验与理论研究的不足,本论文采用分子动力学模拟来研究HCP金属镁的孪生变形行为。本论文针对HCP金属镁的孪晶界及孪晶演化等问题展开了一系列分子动力学模拟研究。首先构建模型研究了单轴拉伸和压缩作用下含[2110]对称倾转晶界的镁双晶体的塑性变形行为。以晶界能为基准,将不同取向角的稳定晶界划分为不同结构的六组晶界,每组晶界由特定基础面和晶界位错组成的。对于[2110]对称倾转晶界,晶界处屈服时位错或孪晶形核机制是由晶界结构决定的,并受取向角影响。模型的变形方式随取向角的变化而变化,其拉伸及压缩变形行为也不相同。变形方式的差异表明HCP金属塑性变形存在拉压不对称性,这在一定程度上可以用Schmid因子来解释。位错倾向于在晶界位错产生的固有层错面上形核。在变形过程中,通常孪晶基础面不变。使用Voronoi方法创建多晶体模型,研究了含片层状孪晶的多晶镁模型在单轴压缩过程中孪晶间距和温度对其塑性变形行为的影响。发现模型中片层状{1011}孪晶的存在会引入一个软化机制,降低材料强度。这种软化机制主要是孪生变形机制所导致的,包含由孪晶位错形核控制的初始孪晶界迁移和新形成的孪晶生长。由于孪晶位错形核位置的增加,模型强度随孪晶间距的减小而下降。结果还表明片层状孪晶模型的塑性变形具有明显的温度敏感性。采用双晶模型研究了镁中基面/柱面（Basal-Prismatic,BP）边界迁移的机理。通过引入圆柱形孔洞,观察了孔洞与晶界的相互作用,研究了不同位置和尺寸的孔洞对BP边界迁移的影响。BP边界的迁移起始于孪晶位错的滑移。孪晶位错在边界上堆积形成{1012}面,并可以沿{1012}面和BP面滑移,驱动BP边界向前迁移。孔洞的位置会影响BP边界迁移的起始位置,在迁移过程中孔洞会阻碍边界的运动,并且孔表面会钉扎住部分边界。此外,分别解释了晶间孔和晶内孔对BP边界迁移产生影响的原因。研究了镁合金中Mg17Al12相对{1012}孪晶演化的影响。通过模拟,分别研究了第二相对孪晶形核、增殖和生长过程的影响。结果表明Mg17Al12第二相的引入对镁中{1012}孪晶的形核几乎没有影响。而孪晶增殖过程会受到第二相阻碍。当第二相长度相对较小时,孪晶前端可以部分绕过第二相继续增殖。当第二相的长度远大于孪晶厚度时,第二相会完全阻塞孪晶,并在交界处发生弹性弯曲。在孪晶界迁移过程中,第二相既是孪晶位错的来源,又可以作为障碍阻挡其运动。孪晶位错可以以位错环的方式从第二相背部形核发射,也可以被其阻碍,导致发生塞积并形成BP小面。孪晶位错塞积会导致应力增加和模型强化。片层状第二相对孪晶主导的塑性变形的强化作用具有尺寸效应。