焊接是船舶建造中的重要连接工艺,焊接结构在使用过程中受外载荷的作用残余应力降低,出现应力释放现象,对结构安全和疲劳强度产生重要影响。本文采用热弹塑性有限元法,结合试验分别对薄板平面堆焊残余应力、外载荷作用下应力释放过程进行了模拟,研究了不同因素对薄板堆焊残余应力释放的影响规律,并在此基础上建立T型接头和船体板架的有限元模型,选取更接近实际情况的边界条件和外载荷条件进行研究,探究船体结构焊接残余应力释放问题,并研究应力释放对结构安全性的影响。本文的主要内容如下:(1)介绍了本文的研究背景和研究意义,总结了国内外焊接变形与残余应力的预测方法和常用的焊接残余应力控制方法,并整理了交变载荷作用下残余应力释放的研究现状。(2)介绍了热弹塑性有限元法的基本理论和主要的分析流程。使用Solid单元建立薄板有限元模型并计算焊接应力场和试件拉伸后的残余应力分布结果,并与试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的准确性。(3)采用数值模拟的方法研究加载幅值、加载顺序和应力比对薄板焊接残余应力释放的影响规律。计算结果表明,仅拉伸时残余应力释放主要受加载过程中载荷最大幅值的影响,而与加载顺序无关,并且当存在反向加载,幅值较高且应力比接近-1时,部分区域会产生持续的应力释放现象,第一个加载周期对应力释放起主要作用。(4)对T型接头焊接过程进行数值模拟,研究加载幅值和应力比在T型接头上对应力释放的影响规律,并计算T型接头受两个方向载荷同时作用后的应力场。计算结果表明,由于T型接头应力场拉应力水平低的分布特点,应力比对应力释放影响不大,主要受载荷幅值的影响;当两个方向载荷同时体现为拉伸或者压缩时,残余应力释放会受到抑制;而当一个体现为拉伸作用,另一个为压缩时,残余应力释放程度更大。(5)运用规范计算某集装箱船的静水载荷和波浪载荷,研究船体甲板在实际外载荷作用后的残余应力释放情况。结果表明,实际载荷作用下结构将产生明显的残余应力释放现象,应力释放受最大载荷幅值的影响;应力释放能够降低焊缝区域的残余拉应力,从而降低焊缝应力腐蚀和裂纹蔓延速率,提高结构疲劳强度。