铝（Al）相较于常用的钢铁材料,密度约仅为其三分之一,所以质量较轻。5052铝合金属于5xxx系铝镁合金,由于其具有较高的耐腐蚀性、可焊接性、冷加工性以及强度等特性而被广泛应用。搅拌摩擦焊（friction stir welding,FSW）作为一种绿色新型固相焊接技术,更适用于铝合金材料的焊接。它能有效避免传统熔化焊焊接时产生的焊接缺陷,从而得到质量较高的接头。针对目前铝合金FSW数值模拟中采用的热源模型较为简单,不能很好反映出实际焊接过程中温度场的分布和焊后残余应力过大,内部残余应力难以测量以及试验方法研究FSW材料流动较为困难,时间和经济成本都很高等问题。本文提出了基于热弹塑性法和改良的热源模型、ALE方法和CEL方法,使用ABAQUS软件及其子程序建立了3 mm厚同种5052铝合金之间FSW过程以及异种5052铝合金/AM60镁合金和5052铝合金/304不锈钢合金的FSW过程的数值模型。对焊接过程的温度场、应力场、材料流动行为以及焊接缺陷进行数值模拟。研究发现:模拟能准确预测实际焊接过程中的温度变化,且模拟对于实际焊接过程中焊接参数的选择具有指导作用,大大减少了试验次数。焊板表面温度呈椭圆形分布,轴肩作用区域温度高于其他区域,焊板截面温度分布呈碗状分布,最高温度出现在焊核区。特征点的热循环曲线特征为陡升缓降,在合适的焊接参数下,焊接峰值温度为合金熔点的80%左右。对温度影响最大的焊接参数是搅拌头转速,另外,内凹轴肩相对于平轴肩,在同样焊接工况时,焊接峰值温度更高。焊板表面接头起始和结束区域的Mises应力较大,纵向残余应力远大于横向和竖向残余应力,轴肩作用的边缘区域应力也大于其他区域。沿焊板表面的应力曲线呈M型分布,随焊深增加,应力峰值减小。合适的焊接参数能有效减小5052铝合金FSW的焊后残余应力,且数值模拟得到残余应力与实际焊后残余应力结果较为吻合。焊接参数中对应力影响最大的是搅拌头转速,其次是焊接速度和搅拌头预热时间。模拟和实际焊接的得到的接头焊缝形貌均表明,后退侧（retreating side,RS）飞边要大于前进侧（advancing side,AS）。这是因为前进侧材料会随轴肩转动进入后退侧,而后退侧材料却不会进入前进侧。模拟还发现上表层材料以及下表层材料不会离开各自表面层,而中间层材料的后退侧处会在轴肩带动下进入上表层。另外,焊接参数对材料流动性的影响表现为随转速增加材料流动性增强。最后模拟以及试验均表明,与平轴肩相比,在相同焊接参数下,凹轴肩能更有效避免接头产生孔洞缺陷。利用最小密度准则模拟发现材料起始阶段只在焊板表面平面运动,不会沿纵向进入焊板内部。ALE和CEL方法均能成功预测孔洞缺陷的产生。