【正文】 參考文獻(xiàn): [1]Aliheimer W E，Shahinpoor M，Stanton S Manufacturing [R].Al bupuerpue，New ，1995.[2]Hatamura Y，Nagao fundamental structure for IM.[J].Procision Engin.，1993，15(4):26662.[4][J].塑性工程學(xué)報(bào)，1998，5(3):8dimensional finite element simulation of a spider hot forging process using a new remeshing scheme [J].Jounal of Materials Processing Technology，2000(99):21919.[7] Shen Shanfu，Dawason Paul R.(Eds.)Simulation of Materials Processing: Theory，Methods and of the Fifth International Conference on Numerical Methods in Industrial Forming York，1995 [8]，1994，1(3): 3～13 [9]胡忠，王志誠(chéng)，1996，36(3): 78～83 [10]Dutt weller R E，Griffith W M and Jain S ModelingIt39。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)使制造技術(shù)走出從前主要依賴于經(jīng)驗(yàn)的狹小天地，進(jìn)入全方位預(yù)測(cè)，力爭(zhēng)一次成功的新階段，從而實(shí)現(xiàn)有效的現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)和迅速的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。無(wú)網(wǎng)格方法以其在場(chǎng)函數(shù)近似、局部特征描述等方面特有的優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的研究?jī)r(jià)值。無(wú)網(wǎng)格方法將連續(xù)體離散為有限數(shù)目的質(zhì)點(diǎn)，位移場(chǎng)函數(shù)在沒(méi)有明顯網(wǎng)格的情況下通過(guò)這些質(zhì)點(diǎn)的插值得到，該方法僅采用基于點(diǎn)的近似，而不需要節(jié)點(diǎn)的連續(xù)信息，不僅避免了繁瑣的單元網(wǎng)格生成，而且提供了連續(xù)性好、形式靈活的場(chǎng)函數(shù)，具有前后處理簡(jiǎn)單、精度高等方面的優(yōu)點(diǎn)。在處理這類問(wèn)題時(shí)，有限元法通常采用網(wǎng)格重構(gòu)，但這樣不僅計(jì)算費(fèi)用昂貴，而且會(huì)使計(jì)算精度受損[13]。數(shù)值分析的巨大成果是有限元方法。存儲(chǔ)事實(shí)和規(guī)則的數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)通常可與其它數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)合；一個(gè)推理機(jī)，以確定如何應(yīng)用知識(shí)規(guī)則來(lái)解決問(wèn)題：一個(gè)用戶界面，以允許非專家的用戶使用該系統(tǒng)來(lái)解決特殊問(wèn)題。專家系統(tǒng)就是很好的解決方法，它利用知識(shí)的顯式表示、事實(shí)和推理技術(shù)，以解決通常需要專家才能解決的問(wèn)題。另外，在材料加工領(lǐng)域中，許多設(shè)備和工藝問(wèn)題主要還是利用已經(jīng)總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)公式和參數(shù)，加上仍存在于專家頭腦中的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來(lái)解決。近年來(lái)，工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化的技術(shù)取得了新的進(jìn)展，提出了敏感性分析(Sensitivity Analysis)的反向設(shè)計(jì)方法(Inverse Method)，該方法將預(yù)成形設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)問(wèn)題處理為優(yōu)化問(wèn)題，用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行描述，將優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)定義為一組給定設(shè)計(jì)變量中所希望的最終狀態(tài)和數(shù)值計(jì)算狀態(tài)之間的誤差的某種度量，敏感性分析是一種廣泛用于計(jì)算目標(biāo)函數(shù)梯度的方法，由于所求解的問(wèn)題高度非線性并具有歷史依賴性，因此，最適合應(yīng)用直接差分法(Direct Differentiation Method)，控制方程直接由敏感性場(chǎng)的場(chǎng)量公式差分得到。八十年代中， 等系統(tǒng)研究了這一問(wèn)題，提出了反向模擬技術(shù)(Backward Tracing Technique)，即從一給定的最終形態(tài)，沿著相反的加載路徑，反向模擬實(shí)際的工藝過(guò)程，該方法為工藝設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新途徑?；谔摂M系統(tǒng)的制造業(yè)，將是21 世紀(jì)市場(chǎng)上一種較好較快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的運(yùn)營(yíng)方針，可大大減低新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益，最終使企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及先進(jìn)的管理系統(tǒng)(NTMS):實(shí)現(xiàn)先進(jìn)集成技術(shù)的最快捷的手段。并行工程(CE):實(shí)現(xiàn)同步設(shè)計(jì)、加工、核算和管理。但這種集成與常規(guī)的集成技術(shù)不同，它是虛擬的，是一種并行工程思想與先進(jìn)制造技術(shù)的綜合體現(xiàn)?，F(xiàn)代化制造加工業(yè)的目的應(yīng)是適應(yīng)全球市場(chǎng)需求，目標(biāo)應(yīng)是應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低費(fèi)用產(chǎn)品生產(chǎn)。對(duì)其進(jìn)行組織性能預(yù)測(cè)的數(shù)值模擬，首先必須通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，使模擬技術(shù)建立在可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，將組織場(chǎng)變形場(chǎng)溫度場(chǎng)三者進(jìn)行耦合計(jì)算，將成形過(guò)程與熱處理工藝的模擬與質(zhì)量控制相結(jié)合，使模擬結(jié)果更準(zhǔn)確。 金屬材料的成形通常在高溫下進(jìn)行，工件塑性成形是一個(gè)復(fù)雜的熱力學(xué)過(guò)程，受到應(yīng)力應(yīng)變分布不均勻、硬化和再結(jié)晶等因素的影響，而工件的形狀和尺寸精度及其內(nèi)部質(zhì)量和性能決定著產(chǎn)品質(zhì)量。隨著計(jì)算機(jī)裝載了三維圖形處理程序及計(jì)算速度和硬件水平的提高，可在前后處理中大量應(yīng)用可視化技術(shù)，用戶在二維屏幕上可直接觀看物體的三維圖形和數(shù)據(jù)。在表面自適應(yīng)層上自動(dòng)產(chǎn)生網(wǎng)格后，中心區(qū)通過(guò)體適應(yīng)映射法自動(dòng)生成網(wǎng)格，并對(duì)萬(wàn)向節(jié)的熱鍛過(guò)程進(jìn)行了完整的模擬。Cho等[6]為了解決復(fù)雜三維問(wèn)題，采用考慮熱傳導(dǎo)的三維熱黏塑性有限元模型，將一個(gè)無(wú)法用解析式描述的任意復(fù)雜形狀的模具表面，通過(guò)Ferguson分片，用一個(gè)分片連續(xù)的形式給出，將被網(wǎng)格重構(gòu)的變形體分為表面自適應(yīng)層和中心區(qū)兩部分，提出一種基于體適應(yīng)映射法的三維網(wǎng)格重構(gòu)技術(shù)。而模具型腔幾何形狀描述、動(dòng)態(tài)邊界條件及網(wǎng)格生成和重劃等技術(shù)難點(diǎn)與二維模擬相比有較大的區(qū)別，這些問(wèn)題處理的正確與否將直接關(guān)系到模擬分析的可靠性和求解效率。一方面研究提高計(jì)算速度的方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)中多個(gè)CPU 可同時(shí)運(yùn)行的并行處理技術(shù)和軟件編程中的并行處理方法，開(kāi)發(fā)大規(guī)模計(jì)算問(wèn)題的并行計(jì)算方法，從而大大提高計(jì)算效率。近年來(lái)，金屬成形工業(yè)對(duì)三維過(guò)程模擬提出了更高更精確的要求。到目前為止，二維大體積金屬成形過(guò)程有限元模擬技術(shù)已趨成熟，國(guó)內(nèi)外先后開(kāi)發(fā)了許多商品軟件，這些軟件多適用于二維問(wèn)題、偽三維問(wèn)題及簡(jiǎn)單三維問(wèn)題的分析。同時(shí)，開(kāi)發(fā)了ALE法(Arbitrary Lagrangian Eulerian Method)和顯式解法(Explicit Solution)[11]，而ALE 法不再象Lagrangian公式中將網(wǎng)格固定在材料上，而是不依賴于材料的運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)，因此可控制網(wǎng)格的幾何形態(tài)，ALE 通過(guò)利用高階的技術(shù)不斷進(jìn)行網(wǎng)格重劃，從而避免上述問(wèn)題，提高計(jì)算速度和精度，這對(duì)于為提高計(jì)算精度和效率而進(jìn)行的網(wǎng)格細(xì)劃十分有利，該方法已在MSC/ DYTRAN、Press Form 等軟件中得到成功的應(yīng)用，而顯式解法主要是為解決非線性問(wèn)題隱式求解時(shí)為保證求解精度需反復(fù)迭代，使計(jì)算量猛增的問(wèn)題，目前該方法已成功地應(yīng)用于LSDYNA3D 中[12]。一方面，人們?cè)谘芯刻岣哂?jì)算速度的方法，開(kāi)發(fā)了大規(guī)模計(jì)算問(wèn)題的并行計(jì)算方法(Parallel Computation)，利用并行處理機(jī)中多CPU 可同時(shí)工作的特點(diǎn)，配以軟件編程中的并行處理方法，使計(jì)算速度大為加快，目前國(guó)際上許多商業(yè)軟件都推出了并行版，如ANSYS、MARC、LSDYNA3D 等。但大變形彈(粘)塑性有限元法是建立在有限變形理論基礎(chǔ)上的，需要對(duì)變形梯度進(jìn)行多次分解，從分析金屬成形過(guò)程的角度出發(fā)，計(jì)算工作量大，而金屬成形過(guò)程通常是在高溫下進(jìn)行的，工件在發(fā)生變形的同時(shí)伴隨有溫度的變化，因此，在分析金屬成形過(guò)程模擬中，還必須考慮溫度的影響，即進(jìn)行溫度場(chǎng)與變形場(chǎng)的耦合計(jì)算，特別是工程中可以簡(jiǎn)化為二維分析的問(wèn)題并不多，三維模擬是必然趨勢(shì)，三維問(wèn)題分析在數(shù)學(xué)模型和圖形處理上的復(fù)雜程度大大增加，由此引起的計(jì)算量猛增，比二維問(wèn)題的計(jì)算量高出幾十倍甚至上百倍，這對(duì)于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量的要求也隨之增加。采用大變形彈(粘)塑性有限元法分析金屬成形問(wèn)題，不僅能按照變形路徑得到塑性區(qū)的發(fā)展情況，工件中的應(yīng)力、應(yīng)變的分布規(guī)律，以及幾何形狀的變化，而且能有效地處理卸載，計(jì)算殘余應(yīng)力、殘余應(yīng)變，從而可以分析和防止產(chǎn)品的缺陷等問(wèn)題，符合金屬成形對(duì)于精密化模擬分析的要求。另一方面要研究和建立微觀組織優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)，該目標(biāo)函數(shù)考慮晶粒尺寸大小及分布，再結(jié)晶晶粒尺寸、再結(jié)晶程度和無(wú)再結(jié)晶部分的晶粒尺寸及其體積分?jǐn)?shù)。此外，在金屬成形過(guò)程中，適用的優(yōu)化準(zhǔn)則對(duì)材料最終的力學(xué)性能和微觀組織性能具有重要的影響，通過(guò)優(yōu)化坯料形狀或預(yù)成形模具形狀、模具速度使最終鍛件具有良好的尺寸精度、少無(wú)飛邊和所期望的微觀組織。我們知道在工程中使用的金屬材料大多數(shù)為多晶材料，材料的微觀組織形態(tài)直接影響零件的機(jī)械性能和物理性能，所以選擇合理的加工工藝參數(shù)十分重要。新材料、新工藝、新產(chǎn)品、高要求、高精度、低成本的現(xiàn)代制造模式要求深入了解和掌握材料成形機(jī)理、過(guò)程變化，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)過(guò)程顯現(xiàn)，開(kāi)拓科學(xué)的工藝和設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)與制造。2計(jì)算機(jī)模擬技