船体结构广泛使用高强钢,其焊接/补焊残余应力状态严重影响着结构安全性和服役可靠性。有限元模拟技术作为研究焊接/补焊力学行为的常用方法,能够全维度显示残余应力场的分布。但对于船用高强钢而言,焊接/补焊过程中的固态相变效应较为显著,采用将其忽略的传统做法会对有限元计算结果带来较大误差。本文即针对这一问题,使用10Ni5CrMoV钢开展了考虑固态相变效应的焊接与补焊力学行为研究。首先探讨了材料参量、退火效应和相变应变参量对焊接力学计算的影响,为考虑固态相变效应的焊接(补焊)力学行为分析奠定基础。其中,使用单因素分析法计算了不同材料参量的焊接残余应力与变形,结果表明,材料参量对焊接残余应力与变形的影响较大,不同材料参量的影响程度存在差异。考虑到焊接过程中回复、再结晶和熔化等物理现象对材料加工硬化行为的消除作用,建立了以退火温度为控制参量的“退火模型”,并开展了不同“退火温度”的焊接力学计算,结果表明,考虑“退火效应”后,焊接残余应力峰值有所降低,焊接角变形有所增大,但不同“退火温度”之间的应力和变形差异较小。对比分析了考虑相变应变前后及不同相变应变参量-相变点的焊接残余应力与变形。结果表明,相变应变及相变应变参量-相变点对焊接残余应力的影响较显著,开展焊接力学计算需要建立准确的相变应变模型。焊接过程中的固态相变效应包含由于组织类型改变引起的屈服强度改变和相变过程中的体积变化-相变应变。热模拟试验发现10Ni5CrMoV钢在较大焊接热循环范围内,发生的固态相变类型为奥氏体相变和马氏体相变。基于热模拟试验数据建立了固态相变转变量的数学模型,相变转变量与相变应变总量的乘积即为相变应变;采用高温拉伸试验的升温、降温加载,描述加热、冷却、再加热过程组织类型的差异,建立材料“屈服强度模型”,该模型能够表征屈服强度滞后和接头硬化现象。基于这两个模型,开发出一系列ABAQUS子程序,实现了考虑固态相变效应的焊接力学计算。考虑固态相变效应的焊接力学计算结果表明,屈服强度模型不改变残余应力的分布趋势,仅改变应力峰值大小,而相变应变使焊缝区域的纵向应力降低,甚至变为压应力。焊接试验中热循环测试结果与计算结果较吻合,验证了有限元热过程的准确性;盲孔法残余应力测试结果与考虑固态相变效应的有限元模拟结果较一致,证明了考虑固态相变效应的焊接力学计算是合理的。开展考虑固态相变效应的补焊力学计算,对比补焊前后残余应力场的分布,发现补焊后纵向应力变化较小,横向应力增幅较大;模拟分析了2种典型补焊位置和3种补焊长度的焊接残余应力场,结果表明,不同补焊位置的焊接残余应力差异较小;补焊长度对横向和纵向应力的影响不同,不同补焊长度的纵向应力峰值差异较小,而补焊长度较短时,横向应力较高,可达补焊前残余应力的2倍,随着补焊长度的增加,横向应力逐渐接近补焊前的应力水平。