● 摘要
大型焊接整体结构是目前飞机金属结构发展的重要趋势，结构安全性是结构广泛应用的前提条件，损伤容限评定是保证结构安全性的主要手段，裂纹扩展分析是损伤容限分析的主要内容，应力强度因子计算的准确性是裂纹扩展分析准确性的基础。
对绝大多数的焊接方法，均不可避免地会在焊接结构的内部及表面产生残余应力，而残余应力的引入会对裂尖应力强度因子计算产生较大影响，鉴于此，本文讨论了不同有限元法（位移外推法、J积分法、VCCT法）在计算焊接残余应力场应力强度因子时的优劣与策略，并与权函数法的计算结果作对比，为以后用有限元方法计算焊接构件的应力强度因子提供依据。主要工作内容包括：
1)对于位移外推法，通过有限元计算分别得到施加均布拉应力和焊接残余应力下vi/√r随r的曲线变化规律，考察焊接残余应力对其变化规律的影响。通过分析在残余应力下vi/√r随r的曲线变化规律，找到合适的区间即vi/√r随r的曲线近似为直线对位移进行外推，得到应力强度因子。
2)对于J积分法，通过有限元求解施加均布拉应力和残余应力的不同积分路径下的应力强度因子，考察焊接残余应力对其变化规律的影响。通过分析在残余应力下，取不同积分路径时应力强度因子的变化规律，找到合适的路径计算应力强度因子。
3)对于VCCT法，通过有限元法计算分别得到施加均布拉应力和焊接残余应力下不同网格密度和单元阶次的应力强度因子，研究残余应力下其变化规律。通过分析在残余应力下，取不同单元阶次和不同网格密度时应力强度因子的变化规律，找到合适的单元阶次和网格密度计算应力强度因子。
论文对位移外推法、J积分法和虚拟裂纹闭合法进行总结对比，分析其在计算焊接残余应力场中应力强度因子的优缺点，讨论它们对焊接残余应力场的适用情况，为以后用有限元方法计算焊接构件的应力强度因子提供依据。