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第 5 卷 第 2 期 5　 2 塑性工程学报 V o l N o 1998 年 6 月 JOU RN A L O F PLA ST IC IT Y EN G IN EER IN G J un 　 1998 材料加工过程计算机模拟的现状与未来 (清华大学机械工程系, 北京 100084) 胡　忠 摘　要　本文系统分析了材料加工过程计算机模拟对于制造业发展的意义和作用, 计算机模拟技 术所研究的内容和现状, 并探讨了材料加工过程计算机模拟从单元技术到整体集成的发展趋势和 研究策略, 以此推动先进制造技术中的重要技术支柱——虚拟制造技术的发展。 关键词　材料加工　计算机模拟　虚拟制造　CA E　有限元　系统集成 1　前　言 先进制造技术是制造业赖以生存、国民经济得以发展的主体技术, 是当代科学技术发展 最活跃的领域, 是国际上高技术竞争的重要战场。一个以制造技术为焦点的技术竞争已在工 业发达国家之间展开, 许多发展中国家也深切体会到发展先进制造技术的重要性和紧迫性, 因 而制定了战略发展的规划。 90 年代初出现的虚拟制造技术是先进制造技术的重要标志之一。虚拟制造与实际制造在 本质上完全不同, 它是在计算机仿真与虚拟现实技术支持下, 在计算机上进行产品设计、工 艺规划、加工制造、性能分析、质量检验等, 是在计算机上实现将原材料变成产品的虚拟现 实过程, 使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地, 进入全方位预测, 力争一次成功的 新阶段, 从而缩短产品周期, 减少费用, 提高质量。可以预言, 虚拟制造技术将继计算机网 络技术与数据库技术成为先进制造技术的第三大技术支撑环境。 新一代的材料加工技术是先进制造技术不可缺少的重要组成部分。据统计, 全世界 75% 的钢材经塑性加工, 45% 的金属结构用焊接得以成型。我国有 6000 家以上的规模化专业铸造 锻压工厂, 材料加工是发展汽车、 电力、石化、造船、工程机械等支柱产业的重要基础。据 测算, 到 2000 年汽车重量的65% 以上仍将由钢材、铝合金、铸铁等通过锻压、焊接、铸造等 材料加工方法而成形。 材料加工与以切削为主体的冷加工相比, 其特点是: 从质量评价标准上, 在保证零件尺 寸形状精度和表面质量的同时, 更注重保证零件和结构内部组织性能和完整性; 在产品和零 件设计上, 更强调针对复杂型腔和曲面的能力; 在工艺过程中, 除了运动和外力作用等因素, 还涉及温度场、流场、应力应变场及内部组织的变化; 生产环境恶劣, 控制因素多样。以上 特点反映了材料加工过程对综合自动化和信息集成的需求和复杂性, 因此, 了解材料加工过 程计算机模拟的现状以及在虚拟制造技术中的地位和作用, 掌握未来的发展方向, 对于推动 我国先进制造技术的进步, 赶超世界先进水平, 具有十分重要的意义。 2 塑性工程学报 第 5 卷 2　材料加工过程计算机模拟是制造业发展的产物 长期以来, 对于工程师们来说, 设计或开发一个产品, 通常所采用的方法是: 根据设计 者的个人经验和采用一些比较