焊接变形工件内部的塑性变形和传热发生在同一空间域和时间域，但由于变形与传热二者属于不同的物理 性质问题，分别由弹塑性问题和瞬态热传导问题描述，因此其对应场量难以采用联立求解的方法分析。一般而言，弹塑性有限元法采用增量法逐步解出工件的有关场 量（如速度场、应力场和应变场等），而温度场则用时间差分格式逐步积分得到。这样可以在某一瞬时分别计算变形和温度，通过二者之间的联系，将它们的相互影 响作用考虑进去，以达到焊接热力过程的耦合分析（见图3）。

图3 梁板结构焊接变形模拟结果

虽然焊接温度场和残余应力应变的数值模拟结果有了一些实际应用，但由于焊接过程的复杂性，大量有关焊接 过程的数值模拟研究成果与实际应用仍有较大差距，而且模拟中有不少问题有待解决，对于已经能够解决的问题存在着精度不高或耗费大的问题，因此，需要在模拟 技术上进一步开展研究，同时也要继续发展验证数值模拟结果的测试技术。

数值模拟的应用

在航空航天结构精益生产和并行工程中，焊接性数值分析具有巨大的发展潜力。在欧洲空中客车340飞机的生产中，飞机机身的铝合金蒙皮壁板的纵向加 强肋采用激光束焊接可以减轻20%的重量。焊接的主要挑战是保持低的变形(特别是横向变形)和减少残余应力 (特别是纵向拉应力)。要考虑接头类型的变化、焊接顺序、冷却条件、装夹模式以及纵向预载荷等措施以达到低变形和残余应力，决定这些措施及其可能的组合， 需要采用焊接热力数值模拟技术。

图4 由数值分析支持的设计过程

空中客车340飞机设计过程可以划分成一系列的工作（见图4），工艺过程的数值模拟在设计过程中具有重要作用（见图5）。图6所示为支持焊接过程研究的数值模拟。

图5 设计过程中的制造工艺定义

图6 数值分析支持的焊接工艺开发

以工程分析、数值模拟、计算机控制自动化生产为基础的焊接工艺将得到广泛使用，使焊接从以基于经验的 工艺向基于物理模型的工艺转变，焊接生产工艺将建立在更严密的科学基础之上。这种转变的核心是以全面的知识体系为基础的模拟，信息技术将起到重要作用；这 些知识包括焊接性能、工艺、材料及应用等方面的数据。焊接工艺全面的物理基础模型将涵盖焊接产品的整个寿命周期。数值模拟在航空航天焊接结构完整性评定以 及寿命预测、损伤修复等方面也将发挥重要作用。