搅拌摩擦焊作为一种优质、高效、节能和环保的固相连接方法，在航空、航天、船舶以及车辆制造等领域均有所应用，具有广阔的应用前景。目前，国内外很多学者已经对其进行了一系列实验研究，但是搅拌摩擦焊过程是一个摩擦生热、金属流动和微观组织转变相互耦合共同作用的过程，很多物理过程和机制通过实验手段难以进行直观的观测和研究，而数值模拟的方法不仅降低了成本，而且可以对整个焊接过程进行动态观测，对实际生产过程有重要的参考价值。本文首先采用数值模拟的方法建立了搅拌摩擦焊的热源模型，使用有限元分析软件MSC.Marc并结合Fortran语言对其二次开发，实现了对焊接过程中各个阶段的温度场模拟。模拟时将焊接过程分为三个阶段，搅拌针扎入阶段、预热阶段以及搅拌头前进阶段。焊接参数选取旋转速度为800r/min，焊接速度为0.6m/s。在此参数下发现当预热时间为15s时，搅拌头周围的温度分布基本达到了焊接所需温度，前进过程中温度场也基本保持稳定状态。从模拟结果可以看出，整体的温度场分布呈椭圆形状，而且是前面较后面的温度分布区域更小、等温线分布更加紧密，这主要与材料的导热系数有关。随后在温度场模拟的基础上使用有限元分析软件DEFORM-3D对焊接过程中搅拌头周围金属的流动进行了数值模拟，参数选取参考温度场模拟结果。对模拟结果进行整体分析发现搅拌头周围金属的流动整体呈现漏斗状，与搅拌头的形状类似，而且金属的流动关于焊缝中心并不对称。对焊缝沿厚度方向的结果分析得到，节点的流动速度随着离焊缝中心距离的增加成线性增加，并且随着焊缝深度的增加，材料的流动能力逐渐越弱。对焊接参数对金属的流动的影响进行研究发现，旋转速度和焊接速度的大小影响焊接过程的热输入，在一定范围内，随着旋转速度的增加，热输入量增加，金属的流动能力增强，焊缝成形就较好；在一定范围内，随着焊接速度的降低，也表现出类似的特征。最后对焊接接头焊核区的动态再结晶过程进行数值模拟，得到了不同应变和应变率下焊核区动态再结晶晶粒的变化规律。结果显示随着应变的增大，动态再结晶晶粒平均尺寸减小，动态再结晶分数增大；随应变率的增大，晶粒尺寸逐渐减小。