搅拌摩擦焊是一种有效的固相连接方式，广泛应用于铝合金的焊接。本文采用数值模拟的方法，基于计算流体力学理论建立了搅拌摩擦焊过程的单相流动模型，连续流体和固相颗粒的两相流模型，以及传热模型，对于揭示缺陷形成机理、焊缝组织及性能具有重要意义。本文首先研究准稳态搅拌摩擦焊的单相材料流动形态，假设铝合金流体的流动为不可压缩层流，建立了基于旋转参考系的流动模型，模型将流体计算域划分为搅拌头轴肩下方的旋转域和周围静止域，域之间通过界面连接，首先采用Frozen Rotor界面模型以获得近似的流动形态，在此结果的基础上再采用Stage界面模型以获得准确的单相材料流动形态。其次研究了搅拌摩擦焊的残余氧化膜不连续分布（ROD）缺陷，采用控制变量法，金相实验，EDS和TEM方法确定ROD缺陷中的非晶态氧化物来源于工件对接面；在基于旋转参考系的流动模型基础上，建立了Eulerian-Lagrangian液‐固两相流模型，采用粒子跟踪方法可视化氧化物颗粒的运动轨迹，揭示ROD缺陷的形成机理。最后研究了搅拌摩擦焊的传热过程，将搅拌摩擦焊的热源假设为轴肩和搅拌针位置的面热源，通过移动参考系的变换将瞬态问题转换为稳态问题，获得了搅拌摩擦焊过程的温度场，最高温度出现在轴肩位置，且在铝合金固相线以下，表明搅拌摩擦焊过程无熔化相生成。