钛铝合金密度低、高温性能优异,是一种极具潜力的高温合金材料,并已在波音787等先进机型中成功取代镍基高温合金用以成形航空发动机低压叶片,使其减重～50%,实现航空发动机的轻量化。钛铝合金有多种典型组织结构,其中片层结构因其更优的综合性能而备受关注且应用最多。但在复杂、恶劣的服役条件下,钛铝合金片层结构容易失稳而导致性能下降。因此,研究钛铝合金片层结构的形成与组织失稳对钛铝合金组织的调控、服役寿命的提高有重要意义,但这些过程都是微观结构在复杂条件下的演变过程,难以通过实验观察,因此对于钛铝合金片层微结构的形成及其影响因素,片层组织失稳（尤其是机械失稳）的微观机制等问题仍未得到充分的研究。数值模拟方法能再现复杂的动力学过程,更能深入解释微观机制,是现代研究材料组织演变的重要手段。针对以上问题,本文利用相场法与经典分子动力学方法,对钛铝合金片层微结构的形成与失稳进行了以下研究:使用CALPHAD数据库与WBM（Warren-Boettinger-Mc Fadden）模型表达体系化学自由能,采用KHS方法描述体系弹性能,建立了钛铝合金片层结构演变的多相场模型,采用有限元求解方法,模拟研究了钛铝合金片层结构的形成。结果表明,梯度能系数各向异性以及弹性能共同作用于钛铝合金的相变过程,最终导致γ相片层结构的形成。不同的γ相变体片层之间有PT（pseudo-twin）、RB（rotational boundary）与TT（true-twin）三种类型片层界面,在弹性能的作用下,界面类型为TT的γ相变体对容易发生相关形核。此外,较另两种片层界面而言,TT类型片层界面拥有最小的界面能,在弹性能与较小界面能的共同作用下,TT类型片层界面更容易产生,且在最终的钛铝合金片层组织中,TT类型片层界面占比最高。采用相场法,研究了钛铝合金中初始片层微结构与外加应力载荷对α2相片层热失稳平行分解（α2→γ相变）的影响规律。结果表明,在α2相片层热分解过程中,与之相邻的γ相片层会作为异质核心长大,从而粗化。此外,与无外加载荷条件下的α2相分解相比,在正应力作用下,外加载荷仅影响钛铝合金相变驱动力,对α2相热失稳分解后组织片层厚度、片层界面类型比例无明显影响;在切应力作用下,外加载荷促进部分γ相变体的形成,同时抑制部分γ相变体的形成:当外加切应力载荷与γ相变体相变本征剪切应变方向一致时,该变体片层则更容易形成,当外加切应力载荷与γ相变体相变本征剪切应变方向相反时,该变体片层的形成则受到抑制。最终导致片层厚度的增大,同时TT类型片层界面急剧减少。采用经典分子动力学方法,计算了钛铝合金γ相中典型面缺陷的层错能,研究了钛铝合金片层结构机械变形过程中的位错萌生与演变行为,并分析了面缺陷类型及其对钛铝合金片层微结构的影响。计算了钛铝合金γ相不同面缺陷的层错能,结果表明,对钛铝合金γ相的滑移系而言,普通滑移系较超滑移系而言有更小层错能;对孪晶系而言,与（?）（?）孪晶系有更小层错能。模拟研究了钛铝合金片层结构纳米压痕过程中的位错运动规律,按照位错的运动方向与片层界面的关系,将钛铝合金γ相中的滑移系与孪晶系分为与片层界面平行的纵向滑移系、孪晶系,与片层界面相交的横向滑移系、孪晶系,其中纵向孪晶系与片层界面反应导致钛铝合金片层结构机械失稳。采用经典分子动力学方法,深入研究了钛铝合金（111）[11（?）]片层微结构机械失稳的微观机制。模拟了钛铝合金准三维结构中纵向孪晶系与三种不同钛铝合金片层界面的反应过程,结果表明,在与纵向孪晶系反应后,PT与RB类型片层界面发生相互转变,而TT类型片层界面则发生迁移最终退化,即PT与RB类型片层界面较TT类型片层界面而言有更高的机械稳定性。模拟研究了三维多晶全片层结构钛铝合金的组织演变过程,结果与准三维条件下类似,且当钛铝合金片层厚度小时,片层结构机械稳定性更差。