焊接是一门材料连接技术，通过某种物理化学过程使分离的材料产生原子或分子间的结合^[1]，它具有节省技术材料、减轻结构重量、密闭性好、成本低等优点。目前，它已经广泛的应用在许多的生产制造领域中。但是，由于焊件的不均匀受热，以致与会产生残余应力、变形以及焊接缺陷等问题，且这些问题会对构件的装配、使用寿命、安全性能等造成很大的影响^[14]。如，焊接变形的存在会造成结构形状变异，尺寸精度、承载能力等也会降低，而且在工作载荷作用下也会引起附加弯矩和应力集中等现象，这不仅是焊接结构早期失效的主要原因，也是造成焊接结构疲劳强度降低的原因之一^[16]；此外，焊接残余应力的存在也会对结构的性能产生很大的影响。

针对上述问题，目前的研究方法主要有两种，即试验法与数值模拟法。其中，试验法主要依赖于经验公式与曲线，或者通过整理大量的实验获得数据来对这些问题进行分析。但是，大量的试验耗时耗力，占用的资源太多，而且还会受到许多不确定性因素的影响，难以全面客观地评价焊接的过程及其质量。而数值模拟法可以通过建立相应的模型来进行分析，通过有限元等分析方法对构件的焊接变形进行模拟与计算^[15]。相对而言，焊接数值模拟法所需的人力物力会少很多，而且其结果更易于指导实践。因此，通过对焊接过程进行模拟，并以此预测焊接残余应力的分布及焊接变形的大小等的研究受到了许多的重视。

随着计算机水平的高速发展和有限元理论的不断发展，为焊接过程的数值模拟研究提供了非常有效的理论和工具。通过数值模拟可以将焊接的整个过程近似地模拟出来，根据模拟的结果来研究其残余应力分布以及变形的大小等规律，从而对实际的焊接工作进行指导和改进，以减少问题的发生概率，提高研究工作的效率，同时也能节省大量的人力物力^[5]。

目前，焊接数值模拟也面临着一些问题。其发展是在建立在高精度模型的基础上，以获得焊接应力与变形的物理本质及规律，从而为工程预测和控制提供坚实的技术基础，但是由于焊接的过程过于复杂，高精度的模型建立比较困难，数值模拟的精度就不能保证，这是一个主要的问题。要将焊接数值模拟技术全面运用于实际生产还有许多问题需要解决，但这也为数值模拟的研究提供了新的动力与机遇^[6]，如：焊接结构的承载分析、焊接结构的可靠性分析、焊接结构的断裂力学领域、焊接接头的超微观、焊接结构的超宏观等的高效率、高精度的数值模拟仿真研究将是焊接数值模拟领域的发展方向^{[4] [5]}。

目前就整体来说，针对不同的焊接方法已经有了一些相对成熟的热源模型以及模拟的方式。由于焊接的实际过程比较复杂，不同的焊接方法，不同的材料以及不同环境等情况下的焊接过程中的温度场分布都不相同。因此很难有个焊接数值模拟的标准，一般是针对具体的焊接方法来进行模拟，按照不同方法的特点来模拟出接近于实际过程的温度场。目前，仅针对熔化焊接技术就提出了点状热源、线状热源、高斯面热源模型、椭球形热源模型、双椭球形热源模型、广义双椭球热源模型、柱状热源模型、圆锥型热源模型、锥形热源模型、高斯旋转体热源模型以及双椭圆衰减体热源等模型^[4]。这些模型可以拟合出许多不同类型的焊接温度场，但其结果的准确性也有一定的区别。

平面对接焊接过程的有限元分析在焊接的数值模拟中属于相对简单的数值模拟，但是其模拟的过程可作为其他焊接过程模拟的参考，也可用于分析温度场对焊接接头组织、性能、焊接残余应力和变形的影响，还可用于对实际的焊接过程进行指导，具有很重要的意义。现在随着科技的高速发展，焊接模拟技术的地位变得越来越重要，它能够有效地提高产品的经济效益，还可以节省大量的时间。有限元法则是数值模拟技术中适应电子计算机而发展起来的一种有效方法，它已经成功地解决了工程领域中的许多问题，广泛地用于研究焊接热传导、焊接热弹塑性应力和变形分析、焊接结构的断裂力学的分析等。目前，国际上大型的有限元分析软件有很多，其中以ANSYS为代表的工程数值模拟软件，不断吸取计算方法和计算机技术的最新发展，将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，已成为解决现代工程学问题必不可少的有力工具^[11]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

采用有限元分析方法，利用ANSYS软件，运用命令流，通过模拟平板对接焊接过程的温度场，再将其结果作为热负荷进行加载，以此模拟出由焊接产生的热应力及变形，并将其与实测结果进行对比分析，为实际焊接生产中的工程分析的计算提供依据。

2.2 研究目标

1、针对平板对接焊接，寻取合适的热源模型；