深入研究金属熔化焊接(特别是激光与电子束等深熔焊接)的热过程及变形力学行为,对于保证焊接结构的制造质量具有重要的理论及实际意义.该文以计算连续统力学理论为指导,应用数值模拟技术系统地研究了金属熔化焊接过程的热力行为,为重要结构件的焊接制造提供了科学依据.根据金属熔化焊接温度场与变形力学模型分析的需要,重点针对激光与电子束等深熔焊的焊缝形貌特征,建立了峰值热流沿深度递增的旋转体热源模型与组合热源模型;为进行焊接角变形热力分析,建立了变强度热源模型.以熔池边界为准则,对典型构件的焊接温度场进行了模拟分析.研究了焊接热力过程的几何非线性、材料非线性与状态非线性.针对焊接热力过程的非线性特点,以计算连续统力学作为非线性焊接热力耦合分析的理论基础,考虑相变因素对焊接热过程的影响,建立了描述焊接热力过程的热弹塑性本构模型及相关的有限元方程,研究了非线性焊接力学分析的关键求解技术.在深入分析固有应变原理的基础上,分别探讨了以焊接线能量和熔化区域中心的偏心距为特征参数,以峰值温度与零塑性温度为特征参数以及以峰值温度、零塑性温度与结构拘束度为特征参数的三种固有应变分析模型.研究表明,以峰值温度、零塑性温度与结构拘束度为特征参数的固有应变分析模型综合考虑了焊接热输入、材料特性、构件尺寸和约束状态等因素的影响,适于焊接变形力学的工程分析.针对典型筋板结构深熔穿透焊的变形问题,应用顺序耦合分析技术与热弹塑性有限元方法,模拟研究了焊接应力与变形的动态过程,分析了焊接过程中应力与变形的变化规律.同时,应用固有应变方法对相关结构的焊接变形进行了预测分析,并将模拟结果与实测数据进行了对比,在此基础上,探讨了焊接变形的工程预测方法.