金属在制造和使用过程中难免会发生疲劳变形，而且随着疲劳时间的增长，材料会发生破坏失效。因此研究金属在疲劳变形过程中微结构的演化过程对于理解材料的变形和失效有重要的意义。在研究材料微观层面上的细节上，分子动力学模拟是计算机模拟中的一种重要手段。根据这种方法，本文分别对不含裂纹和含裂纹的多晶钛模型的疲劳过程进行了模拟研究。　　论文首先简要描述了分子动力学模拟方法在材料科学中的研究现状。介绍了分子动力学模拟的方法和原理，并对各个过程的关键因素和方法进行了详细讨论。对无裂纹和含裂纹的模型都采用拉伸应变率加载的方式研究其疲劳变形过程。　　对无裂纹模型，先研究其拉伸行为，以获得钛多晶体基本的力学性能。然后在疲劳载荷下，通过绘制材料的应力-应变图和特殊时刻的原子构型图来观察和分析其疲劳变形行为。根据能量变化图描述了整个疲劳变形过程。研究了晶粒大小对疲劳变形过程的影响。结果表明：晶粒内部位错的产生导致结构发生塑性变形，位错主要在晶界处形核，然后运动到晶粒对面的晶界处并逐渐消失；晶界是位错产生、运动和湮灭的源头，晶粒发生粗化；晶粒尺寸为5纳米与8纳米时，疲劳变形以位错的形核、运动和湮灭为主；晶粒尺寸为10纳米时，疲劳变形以晶界的运动为主。　　对含裂纹模型，详细描述了一些特殊时刻的疲劳变形过程，并通过能量变化图进一步解释疲劳变形行为。探讨了裂纹长度、温度和应变率对体系疲劳变形过程的影响。结果表明：随着裂纹长度的增加，体系内部能量增高，体系更加不稳定，更容易发生变形；裂纹尖端发生了小范围的屈服，裂纹周围的弹性区对其塑性变形的约束使得裂纹有闭合趋势；随着温度的增加，材料后续循环的弹性模量较初始模量增大，体系内应力变小，体系内更容易发生塑性变形；当温度为1000K时，体系内晶粒有融合为1个的趋势，体系内位错均匀分布在裂纹面和表面上；随着应变率增加，多晶钛的屈服应力和屈服应变也随之增加，体系内总能量和能量的变化幅度更大。