1.3　材料成形数值模拟的发展趋势

下面列举的发展趋势有的已部分投入实际应用，有的仍在不断完善和深入研发之中。

（1）模拟分析由宏观进入到微观

材料成形数值模拟的研究由建立在温度场、速度场、变形场基础上的旨在预测形状、尺寸、轮廓的宏观尺度模拟进入到以预测组织、结构、性能为目的的微观尺度模拟阶段，研究对象涉及结晶、再结晶、重结晶、偏析、扩散、气体析出、相变、组织组成物等微观层次，以及与微观组织相关的机械和理化性能等。

（2）加大多物理场的耦合分析

加大多物理场的耦合与集成分析（包括：流动/温度、温度/速度/流变、电/磁/温度、温度/应力应变、温度/组织、应力应变/组织、温度/浓度/组织等物理场之间的耦合），以模拟真实复杂的材料成形过程。

（3）拓宽在材料特种成形中的应用

在特种成形领域应用数值模拟技术相对于在基于温度场、流动场、应力/应变场的通用成形领域应用难度大，例如：铸造成形中的连续铸造、半固态铸造和电渣熔铸，锻压成形中的液压胀形、楔横轧和辊锻，焊接成形中的电阻焊、激光焊，塑料成形中的振荡注射、吹塑和热成形，以及金属粉末注射、粉末冶金压制等。可以确信，一旦各特种成形的理论研究与应用开发取得突破，利用数值模拟解决和研究特种成形技术问题的手段将会大大增加。

（4）强化基础性研究

材料成形数值模拟基础性研究包括成形理论、数学模型、计算方法、应用技术、测试手段、材料特性和物理实验等研究，这些都是事关数值模拟结果真实性、可靠性、精确性，以及模拟速度、模拟效率的热点研究。

（5）关注反向模拟技术应用

所谓反向模拟是指从最终产品的几何结构出发，结合成形工序或工步，一步步反推至原始毛坯的演绎过程。反向模拟技术主要用于固体材料塑性成形毛坯的推演，例如：冲压件展开、模锻件预成形。通过反向模拟，可以解决诸如成形材料利用率、毛坯形状优化等实际生产问题。目前，反向模拟技术在材料的冲压成形和锻造成形中均有所体现。

（6）模拟软件的发展

面向产品开发、模具设计和成形工艺编制等技术人员，屏蔽过于繁杂的前处理操作（特别是网格划分、接触边界定义和求解参数设置等操作）；利用专业向导模块（例如：锻造开坯、冷挤压、热处理、模面设计、浇注系统设计和冷却水道布局等），简化分析模型的建立过程；加入专家系统等人工智能技术，帮助用户更快更好地关注和解决材料成形中的实质性问题而不被一些具体的工程分析术语和技能技巧所困扰；增加正交实验、方差分析等设计理论，在高性能计算机的支持下，较大范围地综合优化材料成形工艺参数等。

（7）改进和优化计算方法

充分利用计算数学的最新研究成果，不断创新、改进或完善相关数值方法和计算方法，优化求解器内核，在现代计算机系统和互联网技术的支持下，提升计算能力，通过大规模或超大规模的并行计算和云计算，为解决现实生产中复杂多样的材料成形问题搭建更加快速、更加高效的数值仿真平台。

（8）协同工作

利用计算机网络和产品数据模型（PDM）等先进技术，将基于过程仿真的成形工艺模拟与企业生产的其他系统要素有机集成，从而彻底实现从产品开发、模具设计、工艺优化到产品质量控制、技术创新、成本核算的全过程协同。此外，透过网格计算、远程服务和超文本格式分析报告，让分布在不同地域的产品设计师和模具开发师借助本地计算机系统迅速获取相关信息，在可视化环境中共同会商或解决某特定材料成形中遇到的技术难题。

（9）模拟结果与设备控制关联

通过模拟结果与设备控制的关联，将优化的工艺参数直接输送给成形设备，实现控制参数的自动调整和成形过程的自动监测，以消除或减少结果判读、数据转换和人工设置的误差。