随着我国轨道交通行业的全面发展,轨道车辆的焊接也有着严格的标准,它关系着车辆与乘客的安全。搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接技术,在轨道车辆生产制造中被广泛采用。焊接过程中存在焊接残余应力和残余变形,这会影响焊件的疲劳寿命和总体装配。因此,研究搅拌摩擦焊接的残余应力和残余变形,对该技术的工程应用具有重要意义。本文采用热弹塑性法和应力映射屈曲分析法研究Al6061-T6铝合金焊件的温度场、残余应力及残余变形情况,主要研究内容如下:(1)以AL6061-T6铝合金板材对接焊为研究对象,建立FSW顺序热力耦合有限元模型,通过ABAQUS子程序DFLUX编写移动热源程序,模拟搅拌头的作用。对搅拌摩擦焊接过程进行仿真分析,通过仿真结果同试验结果的对比,在验证数值模拟方案合理正确的基础上,分析焊接过程中温度场及应力变化情况,分析焊板产生残余变形的原因,讨论不同尺寸焊板对残余变形的影响及对焊板约束释放前峰值应力的影响。(2)以AL6061-T6铝合金板材对接焊为研究对象,利用热弹塑性有限元分析获取夹具约束释放前应力的分布,将其转换为等效温度载荷施加在三维模型上,结合三维结构屈曲分析,基于应力映射屈曲分析预测焊后焊接变形。将该仿真分析的结果同热弹塑性分析结果及试验值进行比较分析,验证基于应力映射屈曲分析法预测焊件焊接变形的可行性及有效性。(3)建立AL6061-T6铝合金型材结构FSW仿真分析有限元模型,应用热弹塑性法和基于应力映射屈曲分析法进行FSW焊接变形预测,并进行对比分析。基于应力映射屈曲分析法分析了搅拌头旋转速度、焊接速度对型材结构焊后变形的影响。(4)建立AL6061-T6铝合金某地铁侧墙型材结构FSW仿真分析有限元模型,采用局部-整体映射方法,基于应力映射屈曲分析预测AL6061-T6铝合金地铁侧墙型材结构FSW焊接变形。在深入研究搅拌摩擦焊接过程中的温度场及焊后残余状态后,对有效降低焊接残余应力、控制焊接变形提供理论指导,具有实际工程应用价值。