美国通用汽车公司的研究者开发了一种多环形电极用于铝合金和钢的电阻点焊。该电极是由球面电极在其表面上切割出五个同心圆环而获得,具有更容易击碎铝表面氧化膜并降低界面处接触电阻的作用。目前对使用该电极的电阻点焊过程的研究较少,通过数值模拟手段分析多环形电极电阻点焊过程的物理现象具有一定的理论价值。本文利用ANSYS APDL建立了多环形/球面电极电阻点焊过程的有限元模型,在铝侧使用多环形电极,钢侧使用球面电极。该模型对多环形电极表面环的几何轮廓和模型的网格划分进行了优化,合理地选择了材料的性能参数,并考虑了多环形电极在接触铝板时对铝表面氧化膜的破碎作用引起的接触电阻和热阻的变化。模型模拟的焊接电压、板材中心的厚度和铝熔核的直径与实验测得的值较为接近。本文基于模拟结果对力学场和温度场进行了分析,研究了铝热影响区的温度历史和硬度分布的关系,并利用铝-钢界面的温度历史预测了其金属间化合物(IMC)厚度的分布。研究表明:在整个焊接过程中,多环形电极最靠近中心的两个环击碎氧化膜的效果最好,变形也最为明显,而最外围的环几乎没有影响。刚开始施加电流时,产热由接触电阻主导,随着焊接的进行,产热开始转为体电阻主导。该焊接工艺设计合理,可以获得稳定且较低的界面温度,从而限制IMC的生长。模型获得的铝热影响区的温度历史解释了其硬度的分布规律,从铝熔核边缘向外延伸,整个过程的温度不断下降,硬度上升。此外,钢-铝界面的温度历史的模拟结果可以预测IMC的厚度,且预测的结果与实验较为接近。