焊接作为一种基本的连接方法,应用广泛,对于国民经济的发展具有重要意义。但是焊接过程是一个瞬时热输入过程,热量高度集中,不均匀的加热和冷却在焊接后将产生相当大的残余应力。焊接残余应力一般会对焊接件的性能和制造工艺产生不利影响,导致焊接件断裂失效。拉伸残余应力减弱了焊接件的疲劳强度和耐腐蚀性,稳定性极限则会因为压缩残余应力的存在而降低。合理的工艺方法是减小应力的重要措施,调整焊接顺序是一种低成本、简单易行的工艺方法。挖掘机的动臂、斗杆、高速动力机车转向架等都属于大型箱型结构,如果采用试验的手段研究这类结构焊接顺序对残余应力的影响,会因成本高、多参数等问题导致试验较难进行。目前,对于复杂焊接过程的分析,有限元法应用最为普遍。采用有限元法研究大型箱型结构的焊接过程更加高效、精确。本文以大型弯曲箱型结构为研究对象,首先利用UG建立了该结构的三维实体模型,之后将模型导入Hypermesh中进行网格划分,再应用非线性有限元模拟软件MARC对弯曲箱形结构进行数值模拟。采用从局部到整体的逐层优化法,以控制残余应力为目标,对多层多道焊的焊接顺序组合进行优化,得到最优焊接方案,同时阐明了不同焊接顺序对残余应力的影响机理。最后还研究了不同约束控制对残余应力的影响规律。数值模拟为实际焊接工艺的优化提供了理论依据,有助于提高焊接结构生产的效率和质量,因此在理论和实际应用方面都有重要意义。本文取得的研究结果如下:(1)单条焊道采用减小瞬时热输入集中的焊接顺序(方案五)能有效减小残余应力,这种焊接方案相比于三条焊段依次连续焊接,拉应力最大值降低了约为17.7%,效果显著。(2)多道焊宜采用减弱热量分布不均匀性的焊接顺序(方案二),该方案使温度梯度减小,产生的拉应力最大值比连续加热相邻焊道的焊接顺序(方案四)所产生的拉应力最大值减小了约为6.7%。(3)平行焊缝宜采用彼此反向焊接的焊接顺序(方案四),这种反向焊接对应力及变形均产生相反的影响趋势,能在一定程度上减弱残余应力及塑性变形的叠加,所以应力较小。方案四相比于四条长焊缝都为同向焊接,拉应力最大值减小了约为5.1%。(4)整体焊接顺序的变化并没有显著改变残余应力的大小和分布。这说明在实际焊接过程中,如果以控制残余应力为目标,整体焊接顺序的改变所产生的影响基本可以忽略,应把优化的重点放在本文中的前三层或其它方面。(5)随着约束的递减,结构的残余应力基本呈现减小趋势,但通过四约束(方案三)和二约束(方案五)的对比说明减少约束并不一定使残余应力的最大值减小。在实际焊接中,应施加合理的约束控制,过多或过少的约束都不够理想。