在现代工业生产中，焊接是一种重要的生产方法。在航空航天、汽车、核电、建筑工程、船舶等行业中都有广泛的应用。在焊接过程中，焊接变形是一个难以避免的问题，它会影响构件的外形和尺寸精度，降低构件的使用性能。另外，对焊缝微观组织的研究，也越来越深入。本文采用有限元法对长叉形焊接结构的变形进行了分析，采用元胞自动机法模拟了等轴晶的生长过程。本文研究对象为飞行器长叉形结构的焊接变形，焊接方法为钨极氩弧焊（TIG），长叉形结构由三块板材和两根棒材构成。焊接之前，各构件之间为过度配合，先进行点固，然后进行焊接。在TIG焊接过程中，构件中的温度场分布反应了构件经历的复杂热过程，而复杂的温度历程对于构件的变形具有很大的影响。在实际的生产过程中，对于焊接结构的变形实验可以通过实验和仿真方法进行分析，但是实验具有周期长、费用高的特点，而采用数值方法进行仿真则快速、廉价。因此，采用有限元法对焊接的温度场与应力应变场进行模拟非常有意义。本文建立了长叉形结构的有限元模型。首先分析了构件的焊接温度场，根据焊缝所处的位置、长度取用不同的参数，如有效系数、焊接的角度。随后，采用直接耦合法将温度场作为载荷加载到应力模型上进行分析。在计算过程中，考虑了温度变化对于材料物性参数的影响。本文采用数字图像相关技术（DIC）对焊接变形进行测量，并将实验结果与模拟结果进行对比，验证了模拟结果的可靠性。本文采用元胞自动机法对微观组织的生长过程进行了模拟。本文采用扩散界面模型，考虑液态金属中溶质的扩散、温度场的变化、潜热的释放对凝固过程的影响。通过编程，计算了等轴晶的生长过程，分析了生长过程中枝晶的形貌变化过程。