1.3　材料成形數值模擬的發展趨勢

下面列舉的發展趨勢有的已部分投入實際應用，有的仍在不斷完善和深入研發之中。

（1）模擬分析由宏觀進入到微觀

材料成形數值模擬的研究由建立在溫度場、速度場、變形場基礎上的旨在預測形狀、尺寸、輪廓的宏觀尺度模擬進入到以預測組織、結構、性能為目的的微觀尺度模擬階段，研究對象涉及結晶、再結晶、重結晶、偏析、擴散、氣體析出、相變、組織組成物等微觀層次，以及與微觀組織相關的機械和理化性能等。

（2）加大多物理場的耦合分析

加大多物理場的耦合與集成分析（包括：流動/溫度、溫度/速度/流變、電/磁/溫度、溫度/應力應變、溫度/組織、應力應變/組織、溫度/濃度/組織等物理場之間的耦合），以模擬真實復雜的材料成形過程。

（3）拓寬在材料特種成形中的應用

在特種成形領域應用數值模擬技術相對于在基于溫度場、流動場、應力/應變場的通用成形領域應用難度大，例如：鑄造成形中的連續鑄造、半固態鑄造和電渣熔鑄，鍛壓成形中的液壓脹形、楔橫軋和輥鍛，焊接成形中的電阻焊、激光焊，塑料成形中的振蕩注射、吹塑和熱成形，以及金屬粉末注射、粉末冶金壓制等。可以確信，一旦各特種成形的理論研究與應用開發取得突破，利用數值模擬解決和研究特種成形技術問題的手段將會大大增加。

（4）強化基礎性研究

材料成形數值模擬基礎性研究包括成形理論、數學模型、計算方法、應用技術、測試手段、材料特性和物理實驗等研究，這些都是事關數值模擬結果真實性、可靠性、精確性，以及模擬速度、模擬效率的熱點研究。

（5）關注反向模擬技術應用

所謂反向模擬是指從最終產品的幾何結構出發，結合成形工序或工步，一步步反推至原始毛坯的演繹過程。反向模擬技術主要用于固體材料塑性成形毛坯的推演，例如：沖壓件展開、模鍛件預成形。通過反向模擬，可以解決諸如成形材料利用率、毛坯形狀優化等實際生產問題。目前，反向模擬技術在材料的沖壓成形和鍛造成形中均有所體現。

（6）模擬軟件的發展

面向產品開發、模具設計和成形工藝編制等技術人員，屏蔽過于繁雜的前處理操作（特別是網格劃分、接觸邊界定義和求解參數設置等操作）；利用專業向導模塊（例如：鍛造開坯、冷擠壓、熱處理、模面設計、澆注系統設計和冷卻水道布局等），簡化分析模型的建立過程；加入專家系統等人工智能技術，幫助用戶更快更好地關注和解決材料成形中的實質性問題而不被一些具體的工程分析術語和技能技巧所困擾；增加正交實驗、方差分析等設計理論，在高性能計算機的支持下，較大范圍地綜合優化材料成形工藝參數等。

（7）改進和優化計算方法

充分利用計算數學的最新研究成果，不斷創新、改進或完善相關數值方法和計算方法，優化求解器內核，在現代計算機系統和互聯網技術的支持下，提升計算能力，通過大規模或超大規模的并行計算和云計算，為解決現實生產中復雜多樣的材料成形問題搭建更加快速、更加高效的數值仿真平臺。

（8）協同工作

利用計算機網絡和產品數據模型（PDM）等先進技術，將基于過程仿真的成形工藝模擬與企業生產的其他系統要素有機集成，從而徹底實現從產品開發、模具設計、工藝優化到產品質量控制、技術創新、成本核算的全過程協同。此外，透過網格計算、遠程服務和超文本格式分析報告，讓分布在不同地域的產品設計師和模具開發師借助本地計算機系統迅速獲取相關信息，在可視化環境中共同會商或解決某特定材料成形中遇到的技術難題。

（9）模擬結果與設備控制關聯

通過模擬結果與設備控制的關聯，將優化的工藝參數直接輸送給成形設備，實現控制參數的自動調整和成形過程的自動監測，以消除或減少結果判讀、數據轉換和人工設置的誤差。