随着新型焊接技术在飞机机身壁板结构的应用,对焊接壁板结构承载能力提出了更高要求,其中疲劳失效是影响承载能力的主要因素,特别是焊后残余应力对构件疲劳寿命的影响。试验方法能够较为准确的反映焊接构件残余状态及疲劳性能,但影响因素较多,试验周期长、可重复性差。通过数值方法模拟焊接残余应力,对新型焊接工艺的应用和发展具有重要意义。本文以2060-T8铝锂合金壁板搅拌摩擦焊与激光焊焊接为例,通过理论分析、Abaqus有限元模拟和试验对比,研究了焊后残余应力作用下焊接构件的疲劳裂纹扩展特性,并提出了用于预估裂纹扩展寿命的方法。采用裂纹垂直于焊缝的中心裂纹构件。在残余应力存在的情况下,根据裂纹尖端在线弹性断裂力学的力学响应,定义新的应力强度因子幅值(35)Keff,利用改进的Walker公式预估裂纹扩展速率。对比扩展有限元和静态断裂力学模型,得出在有残余应力存在时,强度因子理论值resK与有限元模拟的结果一致。(35)Keff计算值与实验值误差小于5%。通过对激光焊铝锂合金疲劳裂纹扩展实验数据进行计算,将试验结果与采用预估方法得到的疲劳数据对比发现,在裂纹初始扩展与快速扩展阶段预估值误差较大,而在稳定扩展阶段预估曲线与拟合曲线相关度r=89.7%。本文确定的方法适用于焊接壁板裂纹扩展寿命的预估。采用预定义温度场法对已知的残余应力场进行数值模拟,得到的模拟结果与试验结果误差小于2.2%。残余应力重分布规律为沿着裂纹扩展方向残余拉应力的最大值逐渐增大。研究残余应力对应力比以及裂纹扩展速率的影响,随着应力比的增加,对扩展速率的影响降低。分别对比了搅拌摩擦焊以及激光焊两种不同焊接形式构件的疲劳寿命,发现搅拌摩擦焊接构件的疲劳扩展寿命要大于激光焊接构件,与试验结果相符合。采用有限元方法对试验夹具进行有限元分析,进而得到适合本试验的夹具,经过疲劳实验检验,满足试验的要求。