本发明公开了一种基于模态试验法的焊接残余应力分析系统及方法，分析方法包括以下步骤：基于钻孔试验法获取焊件结构的焊接残余应力和焊接残余应力分布特征；基于模态试验法获取焊件结构的固有频率；将不同模态的焊件结构的焊接残余应力和固有频率进行多项数据拟合得到数学模型，数学模型具有若干个拟合判定系数；选取若干个拟合判定系数中最大的拟合判定系数，并将与选取的最大拟合判定系数对应的拟合关系作为数学模型的最优拟合关系；将基于模态试验法获取到的焊件结构的固有频率输入至数学模型中，利用数学模型的最优拟合关系计算焊件结构基于模态试验法的焊接残余应力，进而实现模态试验法准确、快速和无损测试焊接残余应力。