电弧增材制造技术拥有节约成本、工期短、不受工件尺寸大小限制等诸多优势,而船舶作为一种典型的大尺寸复杂结构,许多工件尺寸都过大,因此研究船舶常用金属的增材为船舶大尺度金属零件的快速成形提供了新途径。铝合金材料具有优良性能,且有利于减轻船体自重,提高船舶的快速性,符合造船业发展的要求。但目前对于该技术的研究领域主要集中在焊接实验工艺优化和实验成形控制上,对于影响增材成形质量的温度场、应力场演变等物理过程的研究则较少,因此本文选择采用数值模拟技术基于MARC对船舶常用的5083铝合金材料的增材制造进行研究,以期通过研究电弧增材制造过程的内在规律、为提高实际增材过程中的增材工件成形质量提供依据。首先,基于OTC AⅡ系列脉冲TIG焊机器人系统,针对不同工艺参数下的铝合金多层单道成形选择合适的成形参数下获得的成形件几何参数作为有限元几何模型的建模基础。由于大部分金属材料的性能参数只停留在常温区段,而对于高温区段的热物理性能参数存在不够完整的情况,不利于有限元模型的建立,因此在有限元模型建立过程中,采用了材料性能模拟软件JMatPro对本文增材制造过程中所用到的铝合金5083金属材料进行热物理性能的分析计算,得到建模所需的材料参数。根据实际工况进行熔覆层模型与力学边界条件,设置焊接热输入参数,选取热源模型,以得到较为合理的数学模型以供后续分析计算。其次,基于所建立的有限元模型,对铝合金多层单道增材工件的温度场与应力场进行计算分析。结果表明,在温度场方面,增材工件内部存在比较大的温度场梯度,且随着熔覆层数的增加,增材工件内部热量累积现象明显,但同时,第一层增材的热循环曲线状态也趋于稳定在应力场方面,在基板与熔覆层的连接处容易产生应力集中,且增材工件在冷却过程中产生的纵向应力在残余应力的形成中占有主导作用。最后,对不同的成形路径和层间冷却时间下的增材工件的温度场、应力场进行了计算。结果表明,成形路径会影响增材工件的散热情况、残余应力以及变形。综合来看交叉增材的成形效果与应力分布都比同向增材表现得更优秀,可以在保证工件成形效率的同时也保证工件的质量。增加层间冷却时间,会降低增材工件整体的热累积量,使增材工件整体的残余应力大情况得到改善。本文对电弧增材制造过程中温度场、应力场进行了数值模拟计算,揭示了增材过程中热、力演变的规律及特点,研究了不同成形路径及层间冷却对增材工件的影响,为改善成形质量提供理论支撑。