钢管-焊接空心球节点(简称“管-球”节点)作为空间网架结构中常用的悬挂吊车吊点形式之一,由于其制作工艺的限制,在节点焊缝处不可避免的产生焊接残余应力。在悬挂吊车循环荷载和焊接应力耦合作用下,节点焊缝焊趾处易形成疲劳破坏,故对节点焊接残余应力研究非常必要。本文在国家自然科学基金项目(51708384)、山西省留学人员科技活动择优资助项目(DC1900000602)以及山西省基础研究青年基金项目(201901D211017)的联合资助下,基于有限元模拟软件ABAQUS对“管-球”节点两种焊接形式进行了数值模拟,针对节点上瞬时温度场及焊后残余应力场的分布规律进行了分析。通过对对称焊接节点、非对称焊接节点及理想节点进行轴向加载,探讨了有无焊接残余应力与不同焊接形式对节点应力分布不均匀的影响。主要研究工作和结论如下:1.利用有限元软件ABAQUS对“管-球”节点进行建模,考虑了材料性能随温度变化的非线性,通过生死单元技术实现了焊料填充与热源移动,对节点对称焊接过程进行了数值模拟,获得了节点瞬时温度场,并对节点温度场形态与温度变化规律进行了分析。结果表明:在焊接过程中钢管侧高于600℃的热影响区域约为空心球的3倍;温度场模拟结果很好地描述了节点焊缝处温度激冷激热的过程,验证了温度场准确性。2.使用热分析有限元模型,将传热单元转化为应力单元,采用顺序间接耦合的方法对“管-球”节点对称焊接残余应力场进行数值模拟。并采用盲孔法对焊接残余应力场数值模拟结果准确性进行了验证。将焊接残余应力场划分为两个区域进行分析:第Ⅰ区域为焊接接头位置,应力场影响范围较大,是残余应力最大值所在的区域;第Ⅱ区域在环向上范围远大于第Ⅰ区域,此区域具有稳定的温度场,残余应力云图较为规律。3.在节点残余应力场第Ⅱ区域中对称选取2组测点,将测点结果绘制为散点图,对第Ⅱ区域中钢管轴向与空心球上径向残余应力分布规律进行了研究:焊接残余应力在钢管轴向方向随距焊趾距离的增加逐渐降低,在空心球径向方向距焊趾14mm范围内,残余应力值先降低后增高,在14mm～18mm范围内,残余应力值下降平缓。在焊趾环向方向,钢管与空心球焊接残余应力应力变化曲线具有对称性,其变化趋势相同,但钢管在焊趾处的残余应力数值高于空心球。4.为研究两种焊接形式下焊接残余应力对节点应力不均匀的影响,对非对称焊接节点焊接残余应力场进行了数值模拟,非对称焊接残余应力在钢管轴向、空心球径向与对称焊接残余应力分布相同,在焊趾环向方向,非对称焊接残余应力分布与对称焊接残余应力的一半分布相同。5.使用有限元软件ABAQUS对对称焊接节点、非对称焊接节点以及理想节点进行轴向静力拉伸与循环加载。分析发现:焊接残余应力加剧了焊趾处的应力分布不均匀,同时改变节点热点应力的位置,对钢管焊趾处应力分布不均匀影响加大;焊接残余应力在循环荷载下使节点焊趾处应力分布不均匀更为明显。