聚合物广泛用于制造多种化工产品。目前,聚合物仍主要通过反复试验设计而成,既昂贵又费时。在近三十年的研究中,计算机辅助分子设计(Computer-Aided Molecular Design,CAMD)在制冷剂、工业溶剂、离子液体和聚合物等领域均已有大量的研究进展。但是,由于聚合物结构以及性质上的复杂性,其重复单元结构、分子量分布、支链长度及分布等因素均会对聚合物的性质产生重要影响。而CAMD对聚合物相关的研究多停留于在对重复结构的设计预测阶段,对其他影响聚合物性质的因素研究较少。因此,为同时考虑聚合物重复单元结构和分子量的影响,本文提出了一种计算机辅助聚合物设计(Computer-Aided Polymer Design,CAPD)方法,通过建立更为准确的聚合物性质模型,利用计算机辅助方法对聚合物产品进行设计。本论文主要内容包括以下几个方面:(1)建立了两阶段分步求解的CAPD模型。首先,确定聚合物的产品需求和目标特性。然后,将聚合物设计问题转化为一个混合整数非线性规划(Mixed-Integer NonLinear Programming,MINLP)优化问题。利用层次分析法将目标函数量化为多个性质的线性函数。设计变量包括聚合物重复单元结构及聚合物分子量。该优化模型同时考虑了聚合物性能和结构可行性的约束条件,然后建立了两阶段分步算法求解该优化问题。在第一阶段,忽略分子量对聚合物性能的影响,求解可行的聚合物重复单元的松弛优化问题。第二阶段,利用分子动力学模拟方法预测具有不同分子量重复单元(链长)的聚合物的性质。同时,使用特定的函数进行回归得到分子量对各物性的影响,并将回归函数代入求解原MINLP问题,同时得到最优的聚合物结构和聚合物分子量。(2)将建立的CAPD模型应用于轮胎橡胶高分子实例,设计强度大、耐低温、散热性好的轮胎橡胶结构,即考虑内聚能密度、密度、玻璃化转换温度和热导率四个性质约束。并利用分子动力学对CAPD第一阶段求解出的重复单元结果中的已知分子结构进行性质模拟,通过将模拟结果和实际参考值进行对比,证明了分子动力学建立的性质预测方法的有效性和准确性。(3)为了进一步考虑分子量对聚合物性质的影响,在CAPD第一阶段结果的基础上,选取三个不同的重复单元结构进行不同分子量的多性质模拟,并对每个重复单元结构的各性质进行回归得到包含重复单元结构和分子量影响的性质预测函数。进而利用回归得到的性质预测函数求解原MINLP问题。至此完成阶段二的求解,即得到同时考虑重复单元结构和分子量的最优解。