由于可以快速制造复杂金属零件,激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）成形技术的应用前景十分广阔。然而,SLM成形过程中的高温度梯度诱导的零件高残余应力、变形甚至是开裂问题,严重地阻碍了该技术的工程应用。目前对于SLM成形过程中应力的分布和演化及其导致的变形还缺乏系统研究,特别是构成航空航天构件的典型结构的应力及变形研究还几乎是空白。本论文采用有限元数值模拟的方法,系统研究了:SLM成形TC4过程中热应力的分布及演化、激光扫描策略和结构形状对残余应力大小及分布的影响、典型结构尺寸和形状对变形的影响,获得了SLM成形TC4应力与变形的影响因素及规律,并提出了变形控制方法。本论文的主要研究内容和结果如下:（1）基于有限元理论和SLM成形点-线-面-体的增材制造特点,采用热-结构间接耦合的方法建立了三个时空尺度的SLM成形应力场模型,并且与实验结果进行了比对,发现模型预测结果与实验结果吻合良好,为论文研究SLM成形应力和变形演变提供了可靠的模型。其中提出并建立的逐块模型,解决了现有逐点模型尺寸小和逐层模型不能研究扫描策略和多光束的不足。（2）揭示了SLM成形过程中热应力的分布与演化。对于单道成形,激光加热时光斑及邻近区域温度高,拉应力接近于零,但附近区域存在高压应力;当零件冷却至室温后,沿激光扫描方向（X方向）产生高残余拉应力,而其他两个方向的应力较小。对于单层多道,激光扫描各道时产生的热循环将会带来对应的热应力循环;当冷却至室温后,X方向残余应力最大,接近材料的屈服强度;Y方向（垂直于扫描方向）应力次之,约为X方向应力的一半,Z方向（沉积高度方向）应力由于沉积高度小,其值最小。对于多层单道,随着成形层数增加,零件顶部的X方向应力减小,中部逐渐从拉应力转变为压应力,在基板和零件结合端部的Z方向拉应力随沉积层数快速增加,并超过X方向应力,成为主导应力。（3）采用分区扫描时,随着搭接率增加,零件上表面X方向应力和等效应力先降低后增加,在常用分区尺寸下（1×1 mm2–10×10 mm2）,最佳搭接率为25%-50%;垂直搭接方式可以获得小的XY方向应力差和温度梯度,从而减小残余应力,因此在分区扫描时推荐采用该搭接方式。（4）研究了多光束成形对SLM成形应力的影响。结果表明随激光数目由1增加至4,在零件尺寸相同的情况下,由于分区之间预热作用增强和扫描道长度减小,零件上表面的残余应力降低;由于激光重扫描次数和激光扫描方向变化,多光束搭接区域残余应力降低。然而,由于沿沉积高度方向零件内部和边缘应力明显增加,导致多光束成形相较于单光束成形,零件更易开裂。（5）所有典型结构的最大应力均位于零件和基板结合端部,实心零件的第二大应力位于顶部中心,闭环和开口零件的第二大应力位于长边顶部中心。闭环和开口零件的残余应力小于实心零件的残余应力。倾斜板相较于薄板而言,残余应力降低,尤其是倾斜板的中上部位置。在零件和基板结合底部使用圆角和圆弧结构分别代替尖角和直线结构可以降低应力,这可作为SLM成形零件的结构设计准则。（6）SLM成形薄板呈内凹形状,长度方向变形最大,最大变形位于薄板高度的中部,这是由基板的约束和应力共同作用的结果。随高度增加,最大变形量先近乎线性增加后趋于稳定;随长度增加,最大变形量先近乎线性增加后趋于稳定;随厚度增加,变形减小。（7）薄板、倾斜板、方块、圆柱和三棱柱等典型结构均呈现内凹变形。实心零件由于体积大导致收缩增加,使得变形量大于闭环和开口零件。而闭环和开口零件由于最大侧边长度接近,最大变形量接近。基于SLM成形典型结构零件内凹变形特征,提出了在典型结构零件的CAD模型中采用外凸预补偿的设计方法来减少零件变形。并以薄板为例,进行立模拟和实验研究,采用该预补偿方法,使得长度60 mm-200 mm、高度20mm–105 mm范围内的薄板变形量由数百微米降至±20μm。