轨道车辆车体中的底架、横梁、端墙、梁柱等关键结构广泛采用A7N01铝合金和搅拌摩擦焊焊接。搅拌头结构特证会影响材料的流动行为,进而决定焊缝焊接质量。传统的基于流体力学的研究方法从本质上不能科学的表征焊接过程中材料的流动行为。本文基于固体力学方法,从搅拌摩擦焊固相连接的本质原理出发,构建了多平面搅拌头搅拌摩擦焊的塑性仿真模型,探讨了多平面搅拌头与圆台搅拌头对焊接温度场、材料流动行为、焊缝接头组织及力学性能的影响规律和平面的作用效果。本文主要研究内容包括:（1）基于焊接温度场、犁沟缺陷及材料迁移等试验结果,开展了多平面搅拌头搅拌摩擦焊的塑性仿真模型的科学性和准确性验证。（2）研究了多平面搅拌头对焊接热输入及材料流动行为的影响规律。多平面搅拌头的焊接热输入强于圆台搅拌头,进入稳定焊接状态的时间更短,焊接所得的有效焊缝更长,材料流动的均匀性和焊缝力学性能均优于圆台搅拌头,焊接过程中的气穴也比圆台搅拌头分布更均匀。（3）探究了搅拌摩擦焊犁沟与隧道缺陷的形成机制。多平面搅拌头的焊接缺陷多为半犁沟-半隧道型,而圆台搅拌头的缺陷为犁沟型,焊接速度提高则使缺陷演变为隧道型缺陷。（4）探讨了热输入对焊接接头性能的影响。增加焊接热输入可以提高材料的填充能力,但要防止温度过高诱发的微观组织晶粒异常长大,使焊缝强度下降。（5）提出了典型缺陷的预防措施和工艺窗口。焊接参数匹配程度,决定焊接缺陷的类型。由于平面的挤压作用,多平面搅拌头可适应的焊接参数范围更广,三平面搅拌头可在低转速、高焊速的工况下焊接出无缺陷焊缝。本论文的研究成果能为多平面搅拌头的结构和工艺设计提供理论依据,同时对搅拌摩擦焊技术的推广应用具有一定的指导意义和应用价值。