焊接技术在航空飞机制造领域已经成为主导工艺方法之一。在航空制造企业中,提高焊接生产的柔性、适应性和敏捷性,对加快自身产品更新,增强企业竞争力有十分重要的意义。随着计算机技术的发展,以虚拟制造理论为基础、有限元分析为核心的焊接模拟系统,能简化生产工序、提高生产效率、降低生产成本,为企业实现上述柔性化、智能化等目标提供了强有力的解决方案。为此,本文设计了典型飞机构件焊接热过程/应力/应变模拟系统,协助焊接工程师完成实体建模、网格划分、焊接工艺过程设计及焊接过程模拟仿真。首先,对虚拟制造环境下,基于有限元的焊接数值模拟系统体系进行了研究,提出了该类系统的基本框架和具体的集成实现方案。该框架集成了设计建模、网格划分、有限元计算等多个功能模块。然后,对基于造型软件的参数化建模技术进行了研究,改进了建模技术的程序实现方法,设计实现了虚拟三维实体模型的创建和装配。根据虚拟模型特点,基于专用网格划分软件分别研究了简单构件和复杂构件的自动网格划分技术。针对复杂构件,开发了几何拆分和网格组装技术。通过将复杂大构件拆分成小的简单构件,对每块子构件进行网格划分,然后组装成原复杂构件的整体网格。基于复杂构件网格划分技术,成功实现了对任意自定义飞机壁板构件的六面体网格自划分。同时,对有限元边界条件自动加载技术进行了研究,开发了交互式自动边界条件加载模块。最后,使用本文研究的系统对平板焊接和某型飞机壁板构件实例进行了模拟计算,探讨了模拟系统的可用性。分析表明,系统能够实现自动化和智能化处理,计算结果具有合理性并且能大幅度节省建模时间和降低操作人员的技术要求。本文在参数化建模、自动化网格划分及模拟仿真方面的研究,实现了焊接数值模拟的自动化和智能化。这些创新性的研究,对推进焊接生产数字化进程,实现虚拟焊接制造具有较大的借鉴价值和实用意义。