高聚物材料质量轻、强度高,具有优异耐磨性、耐腐蚀性、耐热性和电绝缘性,是国民经济发展中至关重要的一种材料。高聚物在加工成型过程中,温度和应力等条件的变化,会改变其微观组织结构,并决定最终产品的性能和质量。研究高聚物微结构在成型加工过程中的演变机理,确定结构形态与加工条件及产品性能之间的量化关系,有助于合理调控高聚物成型加工工艺条件,提高产品性能。针对高聚物成型加工过程中微结构形成与演变的研究,目前主要有实验和计算机模拟等研究方法。相对于观测条件控制难度及成本较高的实验方法,计算机模拟方法省时省力,尤其在介观尺度上的研究,可以搭建微结构形成演变与宏观性能的桥梁,有利于更全面理解高聚物微观结构与宏观性能的关联。本文针对半结晶高聚物成型过程两种典型结晶方式即静态结晶和流动诱导结晶,基于元胞自动机方法对高聚物微结构的形成与演变开展了系统研究,阐述了元胞自动机方法的关键技术,自主构建了高聚物结晶过程的三维元胞自动机模型,基于Hoffman-Lauritzen高聚物结晶动力学理论,制定了其核心转变规则。采用本文所构建的介观尺度模拟算法,研究了形核方式和结晶温度等对高聚物静态结晶行为的影响机制,分析了球晶生长速率、结晶度、结晶组织形貌等演变规律,并进一步对复杂温度场中高聚物的结晶行为进行了分析。研究了剪切条件下高聚物流动诱导结晶的行为特点及其机理,通过引入剪切流场,构建了适用于高聚物流动诱导结晶过程的元胞自动机模型,模拟结果与Eder理论计算结果吻合较好,系统研究了剪切时间、剪切速率和复杂流场等条件对高聚物结晶行为的影响及其变化规律。将元胞自动机方法与有限元方法相结合,建立了半结晶高聚物微结构介观尺度有限元模型,分析了不同结晶形态与性能之间的关系,为合理调控高聚物微结构以改善其性能提供了有效分析计算方法。