随着计算机图形处理技术的进一步发展,有限元分析越来越成为CAD软件不可或缺的一部分。有限元理论、方法以及相关软件的飞速发展,对材料微观组织结构的有限元分析提供了强有力的支持。对材料的微观组织结构进行有限元仿真分析,进而推演以及预测材料的宏观力学及物理性能,在国外已经是一种通用的做法。DEFORM-3D是一套基于工艺模拟的有限元系统,专门用于分析各种金属成形过程中的三维(3D)流动,提供极有价值的工艺分析数据,以及有关成形过程中的材料和温度流动。本文完成的主要工作如下:以大型商用有限元软件DEFROM-3D作为计算平台,成功实现了对DEFORM-3D的前处理程序进行二次开发,建立了由海量晶粒组成的三维多晶体材料微结构的具体模型。在材料微观组织结构的“代表性体积单元”(RVE)技术上,利用材料微观组织结构仿真软件ProDesign,构造出三维多晶体材料微结构几何数据的形式。结合本课题组自主开发的计算机软件AutoRVE,在ABAQUS有限元软件中,建立材料微结构的“代表性体积单元”(RVE)的几何模型,划分出有限元计算网格,并生成包含三维多晶体材料微结构的几何信息及网格信息的Input文件。结合C程序语言和Python脚本语言的编译对Input文件进行处理,从而在DEFORM-3D中实现由海量晶粒组成的三维多晶体材料微结构的模型可视化。在成功引入三维多晶体材料微结构模型后,分别进行热挤压和热轧制两项工艺过程的热力耦合模拟,分析讨论了三维多晶体材料的力学响应情况,演示出了三维多晶体材料微结构的温度场分布、等效应力场分布、等效应变场分布的变化情况,从而可以更好的预测材料的宏观变形行为和定量评估材料的性能,研究结果对推演材料可能的微观失效行为具有重要的现实指导意义。