焊接结构在工程中广泛应用。焊接残余应力和变形的存在会直接影响到结构的承载能力。为了保证焊接结构的安全可靠，准确地掌握焊接过程中的力学行为和控制残余变形十分重要。由于焊接过程中的热弹塑性问题很复杂，所以理论分析十分困难。工程中多是采用试验测量方法确定残余应力，不但费时费力，还受到很多条件的限制，结果数据误差也很大。随着计算机的发展和大型计算软件功能的强大，为焊接数值模拟计算提供了条件。 本文利用有限元法，对以控制对接接头残余角变形为目的的刚性固定法和反变形法进行了数值计算，对焊接残余应力的分布规律进行了分析。这种方法克服了试验测量方法的一些缺点，反过来还能验证已有的经验结论。本文的主要研究内容如下： 1．基于ANSYS软件，利用“生死”单元技术与施加内部体热源的方法实现了多层焊焊缝填充过程的模拟，完成了对接接头多层焊的数值分析。分析了距离焊缝中心不等位置的一系列点的热循环曲线，及多层焊过程中角变形的变化情况，均与实际情况相符，最终得到的残余角变形与实测及经验数据相差不大；得出了横向残余应力的分布规律，与实际情况基本吻合。 2．对刚性固定法即拘束焊的建模问题进行探讨，提出了一种模拟拘束焊的建模方法，即：建模时，在拟施加拘束力的位置施加竖向约束，待焊接完成接头冷却至室温后卸掉该约束。焊接过程中，该约束对接头的约束反力即为拘束力。 3．借助于梁的弹塑性理论及最优化理论，确定了拘束焊时能够有效地控制残余角变形的拘束长度。对拘束焊进行了数值模拟计算，得出了拘束焊横向残余应力分布图。结果表明，拘束焊残余应力分布规律与自由焊相同，并且改善了残余应力的分布。验证了拘束焊在控制残余角变形上的有效性。利用有限元方法计算出了一系列不同厚度钢板对接拘束焊时能够有