前言

近十幾年來，隨著計算機軟硬件技術、計算力學基礎理論以及對材料加工過程物理規律本質認識的深入，材料成形過程的數值模擬技術獲得了飛速發展。它為材料成形的工藝及模具設計、產品質量控制等帶來了方法和手段的革命性變革，產品研發人員借助計算機模擬就可以預測材料成形過程中的缺陷，及時修改和優化設計，減少物理試驗次數，縮短產品開發周期，降低生產成本。材料成形數值模擬技術在工業發達國家已經得到廣泛的認同和應用，一些國際上著名的制造業公司已經將該項技術作為產品開發的一個必要環節。

材料成形的數值模擬技術理論是材料成型及控制工程專業開展研究生及本科教學的重要技術理論課，它為提高學生的軟件應用及開發能力起到了至關重要的作用。我們在從事該專業研究生及本科生的教學時發現，由于金屬塑性加工涉及的有限元理論基礎很深，例如金屬板料成形涉及材料非線性、幾何非線性及接觸非線性的強非線性問題，而學習非線性有限元的前提是必須要具備線性有限元分析的知識，所以學習塑性成形有限元理論必須要具有系統性和深入性。而開展本課程的教學在該專業教學計劃上又不可能像力學專業那樣拿出太多的學時，因此編寫本書的目的就是針對我校及有關高校學生的相關基礎課程掌握水平的實際情況，量體裁衣，由淺入深，力求學生系統掌握有限元法及塑性成形數值模擬的理論知識。教材編寫總的原則是尊重認知規律、由淺入深、兼顧理論體系的嚴密性和完整性，這應該是本教材的特色。

本書所必需的基礎課程是高等數學、線性代數、材料力學及金屬塑性成形原理。考慮到本專業多數學生未學習彈性力學的課程，本書第2章補充了彈性力學的基礎知識。本書第1章至第5章為線性有限元理論知識，第6章至第9章為非線性有限元理論及塑性成形數值模擬技術，其中第8章相關理論部分介紹了當前顯式有限元軟件的一些主流算法。為了使學生學習更加方便，在線性有限元理論部分每章后布置了一定數目的習題。

本書內容安排是，第1章講述了有限元等數值分析方法產生的歷史背景、常用商業有限元軟件介紹；第2章講述了彈性力學的基礎知識及有限元法的數學理論基礎；第3章以最簡單的有限元模型一維單元為例，講述了有限元分析的全過程；第4章講述了工程上常見的連續體單元的構造方法；第5章講述了等參單元的概念、構造理論及工程上最常用的一般殼體單元的構造方法；第6章講述了金屬體積成形的剛塑性有限元理論基礎；第7章講述了體積成形數值模擬的若干技術問題處理及軟件應用技術；第8章講述了大變形彈塑性有限元理論基礎及當前顯式有限元分析的一些主流算法；第9章講述了板料成形數值模擬的若干技術問題處理及軟件應用技術。

本書第1～5章及第8章由王金彥負責編寫；第6、第7章由董萬鵬負責編寫；第9章由龔紅英負責編寫。全書由王金彥統籌定稿。研究生于秋華、饒輪、劉雅芳、吳璐、王斯凡為本書的編寫做了大量工作，在此表示感謝！上海工程技術大學材料工程學院的領導和老師為本書的編寫提供了很多支持和幫助，在此一并表示感謝！鑒于筆者水平有限，書中難免有不當之處，懇請同行和專家批評指正。

編著者