在机械制造过程中，为达到去除材料变形及改变材料性能等目的，常采用包括非传统加工工艺在内的各种加工方法对工件进行加工，工件在焊接、冲压、铸造和其它许多加工过程中，将不可避免地产生残余应力，在大部分情况下，残余应力的存在对构件是有害的，振动时效工艺是近三四十年来在国际上新兴的一种显著高效与节能的消除残余应力的新技术。然而，到目前为止，此项技术还没有在机械行业得到广泛的推广运用，没有被大多数企业纳入正式的工艺流程。其根本原因是振动时效消除残余应力时金属内部(晶体)的微观力学特性和行为不是很清楚，要了解其规律仅依靠宏观的金属连续体模型是无法实现的。因此，只有建立起反映真实微观结构的晶胞结构模型，反映金属晶体内部微观力学特性，才能从根本上来研究残余应力的消除问题。本文将以焊接矩形薄板作为研究对象，建立了多晶胞结构模型，采用了数值模拟仿真和实验相结合的方法，对焊接残余应力及消除焊接残余应力的方法——振动时效工艺方法进行了研究。主要研究内容如下：(1)根据分子动力学的建模思想和金属材料微观结构，提出了一种能够反映真实微观结构的晶胞结构模型的建模方法，架起了宏观和微观研究之间的桥梁，获得了分析宏观受力后应力如何在微观晶胞间分布的分析方法。(2)根据有限元焊接热理论，利用多晶胞结构模型及有限元方法中的生死单元技术，以铝质焊接矩形薄板为研究对象，对焊接过程和焊接残余应力分布进行了模拟研究，研究了材料的变化以及材料弹性模量、热膨胀系数、比热容和热传导系数对残余应力的影响，并通过理论分析得出了焊接残余应力与材料弹性模量的关系。(3)运用ANSYS有限元计算软件，研究了残余应力对焊接矩形薄板的固有频率的影响；分析了残余应力对材料内部应力的影响。(4)利用多晶胞结构模型和有限元方法中的谐响应分析技术对具有焊接残余应力的矩形薄板进行消除残余应力模拟仿真，研究了频率、激振力和激振点对消除和均化残余应力的影响，得出了残余应力消除方法的工艺参数；即：振动频率，激振点的确定方法，获得了一个动应力选取原则。(5)通过实验对以上模拟仿真结果进行了验证，证明了根据金属材料微观结构建立的模拟模型和研究方法是正确的。