数值模拟技术对科学地控制大型结构的制造精度具有重要作用,但由于焊接过程的特点,实际结构焊接数值模拟的可行性一直是世界性的难题。本文针对这一挑战开展深入的研究工作,力求在保持必要精度的前提下,大幅度地提高计算效率,以在焊接模拟实用化方面取得重要进展,并在重大工程中得到应用。本文系统论述了焊接热弹塑性有限元分析的基本理论。以平板开V型坡口多层多道焊为例,使用双椭球热源加载,通过单元生死模拟焊缝金属的填充过程,编制了其求解算法的命令流。可知,焊接过程中的温度场呈准稳态分布。变形协调原则对应力分布有很大的影响,焊缝区域的纵向残余应力为拉应力,横向残余应力有拉有压。焊后焊件有一定的角变形和扭曲,结论与传统的分析结果相吻合。采用热—结构间接耦合法计算,对5000吨吊机底座环箱形体“T”型梁部分的焊接应力变形进行工程预测。说明了“T”型梁预制的焊接变形控制方案的可行性。首先比较了五种不同焊接顺序下上翼板拼板焊接后的变形情况,发现两道焊缝同时焊时由于在短时间内产生很大的热输入,焊后残余应力及变形最大,是不可取的焊接顺序。而其它四种焊接顺序下变形相差不大,残余变形主要是平面外弯曲。从应力分布角度看,内-外-内-外顺序是各种焊接顺序中最佳的,外-内-外-内最差。计算说明加上筋板对抑制结构的变形起到了一定的作用;中腹板拼板焊接的应力变形都较小。上翼缘板与中腹板组对的“T”型接头焊后产生弯曲变形,先焊外侧焊缝后焊内侧焊缝时的残余应力和变形都相对较小,是最佳的焊接顺序。因此,在焊接前要有合理的工装卡具设计,以防止“T”型接头产生大的变形。这样,通过数值模拟实现了大型结构焊接变形的定量预测和精确控制。