增材制造构件在生产加工过程中经历了温度的剧烈变化,并且温度场在此期间具有不均匀分布的特点,由此在构件中将产生较大的变形和应力,这些变形和应力对构件服役后的力学性能产生较大影响,在某些情况下较大的变形和应力同材料中存在的某些缺陷联合作用导致构件在生产的过程中即发生断裂失效。为了控制增材制造构件的残余状态,从而提高产品的质量和力学性能,需要对工艺进行一定的优化设计。为了减少大量实验带来的资源消耗,可以利用数值实验对工艺过程进行模拟,从而研究工艺参数和构件几何特征对构件温度场和残余状态的影响规律,进而对工艺的改进提供参考。本文使用生死单元法和顺序热力耦合法以及ABAQUS移动热源子程序对增材制造过程构件温度场和残余状态进行有限元数值计算,设计多组不同工况下的工艺参数和构件几何特征,通过对不同工况下的温度场和应力场计算结果进行比对分析,探究工艺参数和构件几何特征对构件温度场和残余状态的影响规律。研究发现,激光热源移动速率的提高可以降低材料的温度峰值,并且能够降低构件的残余变形;激光热源功率的提高会相应地提高材料的温度水平,进而增大构件的残余变形和残余应力;在构件其他尺寸不变的情况下,增大构件的宽度,将产生更大的竖向残余变形。因此,为了提高产品质量和减少资源浪费,应该从工艺参数和构件几何特征等方面对激光喷粉增材制造过程进行合理的优化设计。针对材料裂纹扩展问题,使用相场法对构件局部材料进行建模和计算,研究局部材料在热应力影响下的扩展行为,针对裂纹扩展路径偏折现象,利用相场法裂纹扩展模型能够预测裂纹扩展路径的优点,分别对缺陷和其他裂纹对裂纹扩展路径的影响进行了仿真计算。结果发现,在增材制造过程中构件上产生的某些较大的热应力足以使得材料中可能存在的初始裂纹进一步扩展,进而导致材料的断裂失效;通过与无缺陷和无其他裂纹的对照组数值实验进行对比,发现缺陷和其他裂纹是裂纹扩展路径发生偏转的重要原因。因此,为了提高产品质量,在增材制造过程中应该设法消除过高的热应力,并且应当降低材料缺陷率,降低构件发生断裂破坏的概率。