多晶材料晶粒长大是材料研究中的一个重要方向。材料的微观组织直接影响材料的宏观行为,在实际应用中,了解材料微观组织的演变规律对材料显微组织的控制具有重要意义。本文通过元胞自动机(CA)法研究了晶粒长大过程中组织演化过程,基于模拟结果,探讨了晶粒长大动力学、晶粒相貌、拓扑学关系及动态再结晶过程,模拟结果表明：所建立的CA模型能准确地反映正常晶粒长大规律、晶粒拓扑结构变化及动态再结晶过程中晶粒组织演化过程,可以为实际应用中材料的晶粒长大控制提供一定指导作用。首先,根据晶粒长大的物理机制,在模拟退火算法基础上结合热力学能量起伏概率性机制,建立了二维正常晶粒长大的CA模型。使用Fortran语言编写了CA程序,对等温退火条件下晶粒长大过程进行了模拟,通过数值模拟结果的可视化,得到了不同模拟时间段的晶粒显微组织图,从而可以更直观地观察晶粒组织演化过程。其次,编写了晶粒尺寸、晶粒个数、晶粒边数等统计算法程序,对模拟结果数据进行了统计分析。结果表明,在二维空间,晶粒长大初期阶段的晶粒长大指数要略高于稳态阶段的晶粒长大指数,稳态阶段晶粒长大指数n=0.41345；相对晶粒尺寸分布服从对数正态分布,相对晶粒尺寸和晶粒边数分布表现出良好的自相似性,并阐述了自适应性的原因。通过研究晶粒边数与其相邻晶粒的平均边数之间的关系,验证了晶粒与其相邻晶粒之间的拓扑关系满足Aboav-Weaire law,得到了Aboav-Weaire law的α参数为1.03291、μ2参数为1.8240。为了研究CA法模拟的高效性,建立了晶粒长大的相场模型,定量分析了两种模型模拟效率。结果表明,CA法具有极高的时间效率,适合于大尺度的计算模拟。然后,建立了三维空间的晶粒长大CA模型,研究了三维空间晶粒长大现象,得到了三维晶粒组织的演化过程。通过截面法,截取三维空间不同的截面,研究了晶粒长大规律。从晶粒长大动力学曲线分析,CA模型模拟得到的三维空间晶粒生长比二维空间更稳定。相对晶粒尺寸分布服从对数正态分布,晶粒尺寸和晶粒边数分布表现出良好的时间自相似性。最后,根据热变形过程中位错密度的演化过程、新晶粒的形核、再结晶晶粒长大的物理机制,建立了动态再结晶组织演化过程的CA模型。利用热模拟试验机对材料进行等温压缩得到的材料参数,采用本文建立的CA模型模拟了动态再结晶组织演化过程,得到了动态再结晶组织演化图及流变应力曲线,模拟结果与实验符合较好。由此建立的CA模型能全面反应正常晶粒长大的各种现象,能够有效地对材料的微观组织及力学性能做出定量的预测,可以为晶粒长大的控制提供一定参考。