加筋薄板结构在保证船体结构可靠性和耐用性的前提下可大大地节省结构材料,减轻结构重量,在船舶工业领域被大量应用。薄板结构在焊接过程中易发生屈曲变形,会降低结构的刚度、稳定性和疲劳强度,引起应力腐蚀开裂,还会给下一步的使用、焊接造成不良影响。热弹塑性有限元法作为一种数值模拟方法可有效地预测焊接变形和残余应力,在结构装焊前进行合理的工艺选择,提高焊接质量。本文基于顺序耦合热弹塑性有限元法,在通用商业有限元分析软件ABAQUS/standard中对船体典型加筋薄板结构进行单边焊焊接数值模拟,运用shell/solid模型建模以提高计算效率,分析讨论焊接顺序、焊脚位置分布、重力、热输入及面板初始挠度对结构焊接屈曲变形和残余应力的影响,主要内容如下:(1)介绍了本论文的研究背景和研究意义,归纳整理和总结了国内外焊接有限元数值模拟的相关研究现状及进展,特别是对大型结构和薄板结构的焊接变形和残余应力预测,以及焊接屈曲变形的研究现状。还介绍了顺序耦合热弹塑性有限元法的基本理论,包括经典传热学理论、温度场分析理论及热弹塑性应力场分析理论。(2)计算了在三种不同单边焊焊接顺序和两种不同焊脚位置分布情况下结构的焊接变形和残余应力,探究了焊接顺序和焊脚位置分布及重力对加筋薄板结构焊接变形和残余应力的影响。计算结果表明焊接顺序和焊脚位置分布对结构的焊接变形有一定影响,焊接残余应力的分布受这两个因素的影响不大,重力对结构的焊接面外变形影响较小。(3)分别在六种热输入工况下进行了结构的焊接模拟,分析讨论了焊接热输入对结构焊接变形和残余应力的影响,主要分析对屈曲变形的影响以及焊接屈曲变形的产生、演变和变形特征。结果表明焊接热输入对结构焊接变形的量值有明显影响,增加热输入会产生更大的面外变形和纵向及横向收缩变形,还会诱导结构的局部及整体焊接屈曲变形。结构焊接残余应力分布受焊接热输入影响较大,随着热输入的增加,面板内残余压应力量值也随之增大,超过了结构临界失稳载荷,引起屈曲变形。(4)探究了焊接顺序和面板初始挠度对结构焊接屈曲变形及残余应力的影响,结果表面焊接顺序对结构局部的焊接屈曲变形特征有一定影响,但影响规律不明显。面板初始挠度会改变结构屈曲变形的特征及量值大小,且初始挠度越大,对焊接屈曲变形的影响越明显,但面板初始挠度对结构焊接残余应力分布的影响不明显。