焊接空心球节点因其制作简单、施工方便、应用灵活等特点被广泛应用于大跨空间结构中。工程界已发现焊接残余应力对空心球节点力学性能有不可忽视的影响,残余应力对整体结构的影响已成为研究的热点。在空间结构的整体分析中准确考虑空心球节点残余应力的前提是准确分析焊接空心球节点残余应力分布模式。而以往关于焊接空心球节点残余应力分布的研究主要集中在焊缝位置,还难以描述呈三维分布的焊接残余应力。本文在ANSYS有限元软件中以间接耦合法模拟球—管对接环焊缝单道多层焊接过程,总结出焊接残余应力在空间上的分布规律。通过焊接空心球节点焊接试验,采用磁测法对其残余应力进行测试,以验证有限元模拟结果。在此基础上,对焊缝进行超声冲击处理,以制作具有不同焊接残余应力的试件。然后,对其进行轴压试验,研究焊接残余应力对焊接空心球节点轴向刚度的影响。本文的主要研究工作如下:(1)基于ANSYS有限元软件,建立焊接空心球节点三维实体有限元模型,采用瞬态热分析方法,考虑材料性能参数随温度变化,运用生死单元模拟单道多层焊接工艺焊接过程,得到具有明显循环特征的三维空间分布温度场。(2)基于焊接温度场分析结果,以间接耦合法模拟焊接残余应力,得到了焊接过程中,焊缝热影响区各个时刻的塑性应变和整个模型最终焊接残余应力。分析塑性应变演化规律能清楚的理解残余应力的形成过程,通过绘制冷却后塑性影响区,为消除焊接残余应力提供了指导。(3)基于焊接残余应力最终计算结果,分析其在空心球和钢管壁厚上的分布规律,发现焊缝附近钢管轴向焊接残余应力和空心球经度方向残余应力都呈对称分布,焊缝附近的钢管和焊接空心球在厚度方向都表现出弯曲特性。参数化分析了焊接空心球节点几何尺寸变化,对焊接空心球节点残余应力的影响规律。(4)通过试件焊接试验,采用磁测法对焊接空心球节点残余应力进行测试,验证了有限元模拟结果。在此基础上应用超声冲击设备对焊缝进行超声冲击处理,制作了具有不同焊接残余应力的试件。(5)针对具有不同残余应力的焊接空心球节点模型开展节点轴压试验,根据试验结果绘制荷载—位移曲线,通过荷载—位移曲线的斜率确定焊接空心球节点轴向刚度。参数化分析了焊接残余应力随着几何尺寸(空心球直径D、壁厚t和钢管直径d)的变化对焊接空心球节点轴向刚度的影响规律。