焊接是现代钢结构最主要的连接方法之一。焊接广泛应用于各类钢结构中。只有正确认识和掌握焊接结构的特点,才能设计制造出性能良好、经济指标高的焊接结构。焊接过程会在结构中产生焊接残余应力,而焊接残余应力的存在会对结构的施工和使用性能产生不利影响。因此,研究钢结构焊接残余应力的分布规律,特别是三维构件焊接残余应力的分布规律,对于科学合理的进行钢结构设计和施工有着重要的理论意义和工程应用价值。一旦能够实现对各种焊接现象的计算机模拟,我们就可以通过计算机系统来确定各种焊接结构和材料的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数。本文在总结前人的工作基础上系统地论述了焊接过程的有限元分析理论,总结了焊接残余应力的测定方法,采用有限元分析软件ANSYS建立计算模型,对焊接过程产生的温度场、应力场进行了模拟研究,针对三维焊接工字梁进行了实例计算,而且对分层焊接及不同次序焊接的计算结果作了对比分析。在模拟计算时,利用ANSYS软件的热——结构耦合功能,采用间接法,先计算焊接温度场,以温度场的计算结果作为结构分析的载荷,再进行焊接应力和应变的计算。焊接温度场与应力应变场是双向耦合的,由于应力应变场对温度场的影响非常小,所以本文只考虑温度场对应力应变场的影响这一单向耦合。用间接法模拟计算温度场和应力场,得出了不同时刻的温度分布,残余应力、应变的数值和分布,并且得到了焊接残余应力沿翼缘和腹板的分布规律。研究表明,当焊缝长度远大于焊接热源有效直径时,梁长度对梁中部截面的残余应力影响非常小;多层焊接的性能明显优于单层焊;对工字形梁,对角跳焊能有效地减小残余应力和变形。本研究为复杂焊接结构进行焊接温度场、应力和变形的分析提供了参考。