论文在调查国内外焊接电弧熔池行为模拟研究最新动态的基础上,建立了电弧-熔池动态行为的三维TIG焊接电弧与熔池模型,通过电弧-熔池反复耦合迭代求解,分析了电弧与熔池的动态行为特征,提高了对电弧与熔池数值模拟结果的准确性.三维模拟分析结果,更逼真、更真实地反映了电弧-熔池的动态行为.论文的研究成果对推动焊接虚拟制造的理论研究和工程应用提供技术基础.作者建立了焊接电弧与熔池的试验平台,对电弧压力、电流密度、熔池表面变形与熔池形状进行试验研究.应用ANSYS有限元软件及所建立的三维TIG焊接电弧与熔池统一数学模型,对TIG焊接电弧与熔池的流场和热场进行了动态耦合数值模拟.论文研究了电弧的温度场分布形态,结果表明电弧等离子体温度场等温线的计算值与实验测得的温度场等温线分布规律基本一致;模拟计算得到的电弧等离子体温度分布的外形轮廓与实际拍摄到的电弧外形基本相似,呈现典型的钟形.论文研究了电弧区电流密度分布状态,研究了焊接参数对电弧阳极电流密度分别状况的影响.论文研究了电弧等离子体流场分布状态和促使等离子体流动的电磁动力学机理,分析了阳极电弧压力产生的原因,应用本模型计算出的阳极电弧压力分布与试验值呈现很好的一致性.研究了电磁力、表面张力、电磁力和表面张力联合作用下熔池内部液体金属的流动机制,以及对熔池成形的影响.论文研究了熔池自由表面变形对电弧行为特征的影响.结果表明随着熔池表面变形程度的增加,弧柱向中心收缩,弧柱直径变小.当熔池表面发生凹凸变形时,电弧作用于熔池表面的热流密度输入状况从近似高斯分布变化为不规则的双峰分布,即电弧中心处出现热流密度低谷.论文研究了焊接电流大小对熔池成形的影响,发现在大电流状态下,熔池表面变形对电弧与熔池行为和熔池的成形影响较为显著,而且对熔池的成形起着十分重要的作用.