薄壁钛合金型材三维弯曲构件具有结构强度高、空气动力学性能好、几何造型流畅等特点,是航空航天领域迫切需求的先进轻量化结构。然而,由于弯曲维度的增加,以及大型整体化、薄壁复杂结构特征的制约,其精确成形成性方法亟待研究。为此开发了一种柔性多点三维热拉弯成形工艺以实现钛合金型材的三维弯曲。该工艺利用电加热方法提高钛合金型材加工性能,通过对型材水平和垂直方向上的弯曲变形的叠加,实现钛合金型材三维弯曲。为实现TC4钛合金型材构件的成形成性一体化制造,本文通过基于热-力耦合的弹塑性有限元法和晶体塑性有限元法对钛合金三维热拉弯过程进行多尺度模拟,从宏观尺度和介观尺度对TC4钛合金三维热拉弯的成形机理开展研究。首先,以TC4钛合金板材为研究对象,对其在923 K-1023 K温度下进行准静态拉伸试验,研究了温度和应变速率对其力学性能的影响;研究表明TC4在准静态条件下对温度和应变速率敏感。对拉伸后的试件采用扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)对微观组织和断口进行分析。分析表明,在高温条件下沿着不同方向加载后织构都发生显著的弱化且织构类型发生改变;在低于相变温度下的软化机制为α相和β相的动态回复和动态再结晶,以α相的动态回复为主;受各向异性行为的影响在高温下的断裂机制并非全是韧性断裂。然后,根据试验获取的应力应变曲线,利用有限元的方法模拟了在热力耦合作用下钛合金的拉伸和三维拉弯成形。获得了在变形过程中温度场、应力场和应变场的变化规律。基于应变和应变变化规律,得出了在温度场作用下钛合金受单轴载荷和多轴载荷宏观变形的塑性不均匀性。最后,以EBSD获得的晶体信息为切入点,建立基于位错滑移机制的晶体塑性本构模型。基于Voronoi理论,构建TC4钛合金拉伸、二维弯曲和三维弯曲的晶体塑性有限元模型。模拟结果表明晶体塑性有限元模型能很好的捕捉介观尺度的应力应变行为和织构演化。在三维拉弯过程中加载方向对织构的类型影响较小,对织构的强度影响较大;此外在加载过程中晶粒会发生旋转使晶粒取向发生变化,使得滑移系的开动情况不同,表现出介观尺度变形的不均匀性。本文通过对钛合金柔性多点三维热拉弯过程进行全过程多尺度模拟研究。为后续钛合金的三维热拉弯成形成性一体化制造提供理论基础。