Указанное направление в течение ряда лет продолжает оставаться одним из основных в научных исследованиях кафедры. По этому направлению выполнены фундаментальные исследования, защищены докторские диссертации сотрудниками кафедры, опубликованы монографии и учебники.
Исследования в области напряжений и деформаций при сварке — второе направление работ Г.А. Николаева с 1935 года. Характерной особенностью этих работ являлось целенаправленное получение новых данных о распределении остаточных сварочных напряжений и деформаций в зависимости от способов и режимов сварки, типов сварных соединений и конструкций и др. Весомым достижением Г. А. Николаева является разработка графоаналитического метода определения напряжений и деформаций как на стадии нагрева в процессе сварки (временных), так и на стадии полного остывания сварного соединения (остаточных). Основные положения расчета напряжений и деформаций, выполняемого графоаналитическим методом, при наплавке валика на кромку полосы и при стыковой сварке пластин были разработаны в трудах Г.А. Николаева. Графоаналитический метод отличается четкостью и простотой исполнения, что ставит его в ряд крупных инженерных достижений. Несложные графические построения с использованием простых аналитических зависимостей позволяют вычислить распределение временных продольных напряжений и деформаций в сечении свариваемой пластины на стадии нагрева, а последующие построения — найти распределение остаточных продольных напряжений в сечении сварной пластины после ее полного остывания. С помощью графоаналитического метода впервые наглядно продемонстрирован сложный механизм развития упругих и пластических деформаций, напряжений в процессе сварки с учетом изменяющихся свойств материала во всем диапазоне температур сварочного нагрева и охлаждения.
Впервые был предложен расчетный метод определения остаточных деформаций и перемещений сварных соединений и конструкций, так называемый метод фиктивных сил, широко используемый в инженерной практике изготовления сварных изделий.
Результаты исследований напряжений и деформаций при сварке обобщены Г.А. Николаевым в его докторской диссертации (1939) и опубликованы в монографии «Деформации конструкций при сварке» (1943, совместно с акад. Н.Н. Рыкалиным), а также в ряде статей.
Результаты исследований закономерностей возникновения напряжений в процессе сварки, начатых в середине 1940-х годов совместно с д-ром техн. наук Н.Н. Прохоровым, опубликованы в статьях (1947—1949) и монографии «Напряжения при сварке» (1949).
Эти исследования в дальнейшем заложили основу нового направления, получившего название «Технологическая прочность металлов при сварке».
Впервые Г.А. Николаев рассмотрел возможности регулирования остаточных напряжений при сварке путем выбора состава стали и влияния времени на поля остаточных напряжений в сварных конструкциях.
В дальнейшем ученики и последователи Г.А. Николаева на руководимой им кафедре провели фундаментальные работы в области сварочных деформаций и напряжений, широко внедрили их в практику, защитили докторские диссертации и опубликовали монографии. По существу, была создана мощная научная школа сварочных деформаций и напряжений, не имевшая аналогов в мире.
Третье направление исследований Г.А. Николаева включает вопросы рационального проектирования и технологии изготовления сварных конструкций. В первых трудах Г.А. Николаева в 1930-х годах уже были поставлены проблемные вопросы создания рациональных форм сварных соединений и конструкций на основе теоретических и экспериментальных исследований. Изучалось влияние способов сварки, характера закреплений, сварочных режимов, присадочного материала, порядка выполнения швов на точность изготовления сварных соединений и узлов. Большое внимание уделялось оптимальному конструированию узлов сварных конструкций, обеспечивающему высокое качество изделий.