近年来,在绿色生态发展理念的指导下,“结构轻量化”的要求使得低合金高强钢越来越广泛地应用于桥梁、舰船、建筑钢结构、工程机械及海洋平台等与国民经济建设息息相关的重要工程结构中。熔化焊接技术是这些工程结构制造过程中连接各构件的最主要方式,焊接接头的力学性能、微观组织和应力分布等对结构服役过程中的健全性有着至关重要的影响。焊接产生的瞬态应力通常与焊接过程中的热裂纹、冷裂纹和层状撕裂等问题都有直接的关联;另一方面,焊接产生的拉伸残余应力是促进疲劳裂纹萌生,降低焊接结构的疲劳寿命,诱发脆性断裂和促进应力腐蚀的重要因素;焊接产生的压缩残余应力还会导致结构（尤其是薄板和薄壁结构）更容易发生失稳变形。因此,优化和主动控制焊接接头的残余应力,对提高焊接结构的服役寿命具有重要的工程应用价值。当前,工程中主要使用焊后处理的方式改善焊接接头的残余应力的大小和分布状态,如常用的焊后热处理,机械处理如喷丸和锤击焊道等。但是,对于复杂的焊接结构而言,这些手段的应用除了会受到操作工艺上的制约外,还会带来生产周期变长以及成本上升的负面影响。近年来,利用低温相变焊接材料来主动控制焊接残余应力成为一种发展趋势,这项技术为调控焊接接头的残余应力提供了新的思路。同时,数值模拟技术在近些年来高速发展,为理解焊接残余应力的演变机理和分布状态提供了高效率低成本的新方法。本文基于SYSWELD软件平台,开发了考虑固态相变的“热-冶金-力学”多场耦合的非线性有限元计算方法来研究在以低温相变焊材为填充材料的情况下低合金高强钢焊接接头的残余应力分布特点。首先,采用实验手段验证了本文所开发的计算方法的有效性,采用Satoh数值试验讨论了低温相变焊材残余应力演化机理。随后基于本文开发的数值模拟方法,研究了低温相变焊材对Q345、Q690和Q960三种不同强度等级低合金高强钢单道焊和多层多道焊残余应力的影响;讨论了中厚板多层多道焊中的层间温度、填充材料的布置方式以及盖面焊道布置方式等工艺因素对焊接残余应力分布的影响。最后,以T型接头和管-板接头为研究对象,分别讨论了填充材料布置方式对T型接头残余应力分布的影响以及焊接顺序对管-板接头残余应力分布的影响。研究结果表明:对Q345、Q690和Q960三种不同强度等级低合金高强钢单道焊接头而言,焊缝区域的纵向残余应力主要由焊缝填充金属（低温相变焊材）的固态相变特点和力学性能决定,焊接完成后焊缝区域均产生明显的纵向压缩残余应力。焊缝以外的低合金高强钢的残余应力主要由母材本身的固态相变特点和力学性能决定。在母材上峰值温度超过Ac3的热影响区,由于不同强度级别的钢中固态相变产物的不同,残余应力受固态相变的影响程度也各不相同。在邻近热影响区以外的区域,焊接接头形成了较高的纵向拉伸残余应力,其峰值的大小与母材的强度等级呈正相关关系。横向残余应力的分布形态总体上不受低合金高强钢强度等级的影响,但应力的大小与固态相变特点及屈服强度有关。对Q345、Q690和Q960三种不同强度等级低合金高强钢多道焊接头而言,焊缝区域的纵向残余应力由焊缝填充金属（低温相变焊材）的固态相变特点与力学性能以及材料经历的热循环决定,焊接完成后在盖面焊区域均产生明显的纵向压缩残余应力,而在先焊区域中产生较高的拉伸残余应力。在母材的热影响区,由于不同强度级别的钢中固态相变产物的不同,残余应力的大小和分布形态受固态相变的影响程度也各不相同。在邻近热影响区以外的区域,焊接接头形成了较高的纵向拉伸残余应力,其峰值的大小与母材的强度等级呈正相关关系。母材的横向残余应力主要与固态相变特点和材料屈服强度有关,Q690和Q960的横向残余应力分布形态较为相似,而Q345的分布形态与前两者差异较大。对中厚板多层多道焊接头而言,当层间温度高于低温相变焊材的马氏体相变开始温度（Ms）时,整个焊缝区域均可产生纵向压缩残余应力,且在焊缝内部大部分区域产生横向压缩残余应力;而当层间温度低于Ms时,盖面焊道产生纵向压缩残余应力,而其它焊道中产生拉压相间的纵向残余应力,同时在焊缝内部也产生了较高的横向拉伸残余应力。盖面焊道的布置方式对焊接残余应力的分布有显著影响。对于T型接头而言,当底板焊趾处采用低温相变焊材追加辅助焊道时,焊缝表面的纵向和横向残余应力均可以得到明显的改善。对于管-板接头而言,焊接顺序对稳定区域的残余应力分布没有影响,但是对焊缝始终端附近的残余应力有较显著的影响。