随着对航空发动机设计与制造要求的提高,高性能材料和焊接结构在减轻发动机质量、保障发动机性能方面发挥了重要作用。在焊接过程的研究中,采用有限元模拟方法可以预测焊接接头的尺寸和残余应力,优化焊接工艺参数,提升焊接接头的可靠性。焊接热过程计算是残余应力计算的基础,国内焊接热过程模拟基于采用国外的商业有限元软件,对使用者要求高,且研究成本越来越高。因此,开发具有自主知识产权的有限元模拟软件是我国科学研究发展的必然趋势。本文面向航空发动机的典型接头,开发具有友好人机交互界面的焊接温度场有限元模拟系统,具有重要的实用价值。首先对温度场有限元模拟系统进行了总体设计,确定了开发平台并研究了系统功能的实现方案。在Visual Studio平台上,基于C++/MFC实现系统的框架搭建。将系统界面划分为三个区域:菜单区、对话区、图形区;将系统功能划分为三个模块:前处理、求解、后处理。然后先对本系统的核心求解器Fortran程序的实现进行了研究。对于描述焊接传热问题的三维瞬态热传导模型的微分方程,采用加列金加权残数法转化为非线性方程组,通过生成模型的单元刚度矩阵以及组装总体刚度矩阵求得方程组包含的矩阵,最后采用直接迭代法实现方程组的求解,得到节点温度。求解程序对于不同接头形式:平板对接和T型接头,实现了几何和网格模型的建立;对于航空发动机中使用最广泛的焊接方法:钨极氩弧焊,建立了双椭球热源模型和高斯面热源模型模拟其热作用。再对本系统的MFC界面的实现进行了研究。采用MFC的树形控件实现了前处理流程的建立,同时对于航空发动机关键材料:钛合金和镍基合金,建立了材料热物理性能参数库;对于航空发动机的钨极氩弧焊,建立了焊接工艺参数库。通过动态链接库DLL实现了C++界面程序和Fortran求解程序的混合编程,实现了一键求解的功能。基于Open GL技术对温度场结果进行了可视化后处理,实现了对三维模型、温度场云图、表面等温线图、熔池截面图、热循环曲线和温度路径曲线的显示,并且为用户提供了对模型进行平移、旋转、缩放的操作功能。最后详述了采用本系统对平板对接接头和T型接头进行有限元分析的过程,并将结果和实验结果,以及采用商业有限元软件计算的结果进行对比,验证了本系统的计算能力和后处理显示的可行性。本文设计开发的温度场模拟系统具有友好的操作界面、优秀的计算能力和良好的图形显示功能,在航空发动机典型焊接接头的有限元分析方面有良好的应用前景,并且为进一步开发相关应力分析系统奠定基础。