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铝合金薄板焊接被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。深入研究铝合金薄板在焊接热力过程中的热力学非线性行为对保证焊接质量具有重要的理论和实际意义。本文以焊接热力学及有限元分析为基础，对铝合金（3A21）薄板钨极氩弧焊（GTAW）的热力过程进行了数值模拟分析，取得了有价值的研究成果。根据铝合金薄板焊接传热特点，研究了焊接热源模型，分析了焊接热源模型的特征，基于熔池边界准则（LFZB），确立了适合钨极氩弧焊（GTAW）的热源模型，应用有限元方法模拟了一定焊接条件下铝合金（3A21）薄板的焊接温度场，研究了影响薄板焊接温度场的主要因素。以焊接力学基本理论为基础，通过对焊接热力过程时间域和空间域的离散，建立了热弹塑性本构方程，应用有限元方法模拟分析了铝合金(3A21)薄板焊接应力与变形过程，并将模拟结果与实际焊接变形进行了验证。应用固有应变有限元方法，对铝合金（3A21）薄板钨极氩弧焊（GTAW）的焊后纵向残余应力及弯曲变形的产生机理进行了研究。