激光增材制造技术因其成形周期短,柔性程度高,可以直接成形复杂内部结构等特点,在航空航天零件快速制造及修复领域应用越来越多。激光增材制造过程的热过程以及微观组织决定了零件性能,是目前研究的热点。但是,其熔池凝固具有非平衡高温瞬时性的特点,很难通过实验观察微观组织形态。而采用数值模拟方法对熔池凝固过程组织的形貌进行预测,利用有限元法模拟增材制造成形工艺过程,计算熔池温度场,再将宏观温度场和元胞自动机微观模拟方法耦合计算,可以预测激光增材制造过程晶体组织形核和长大过程。本文以镍基合金为对象,建立了激光熔池凝固过程的微观组织演变模型,对激光增材制造过程中的温度场和熔池凝固微观组织进行仿真研究。主要研究内容包括:（1）金属凝固机理研究,分析凝固过程中晶粒形核、生长的关键因素,总结了四种用于凝固组织演变的数值模拟方法,比较其优缺点,选出用于本文模拟的数值模拟方法。（2）将元胞自动机和有限元相结合,建立激光增材制造熔池枝晶形核和生长模型。由于熔池冷却速率非常快,该模型综合考虑了温度分布、溶质分布、枝晶尖端曲率、枝晶生长各向异性对枝晶形核和生长的影响。（3）以激光表面熔覆温度场相关理论为依据,用有限元分析软件ANSYS中“生死单元”技术对激光熔覆过程温度场进行数值模拟。研究工艺参数对激光增材制造熔池温度场的影响。最终得出一组最优参数组合,并以该组参数进行温度场模拟和分析,得出宏观温度场数据,对数据进行处理,为熔池晶粒生长的动力学方程奠定基础。（4）运用所建立的模型对均匀温度场下的等轴晶生长实现了动态模拟。将激光熔覆温度场得到的数据应用到元胞自动机模拟中,对熔池中心柱状晶区的枝晶生长进行模拟,改变工艺参数,研究工艺参数对柱状晶形态的影响规律。