1、材料热加工工艺模拟的研究历程及技术发展趋势

材料热加工工艺模拟研究开始于铸造过程，这是因为铸件凝固过程温度场模拟计算相对简单。1962年，丹麦 Forsund首次采用计算机及有限差分法进行铸件凝固过程的传热计算[2]，继丹麦人之后，美国在60年代中期在NSF资助下，开拓进行大型铸钢件温度场的数值模拟研究，进入70年代后，更多的国家(我国从70年代末期开始)加入到这个研究行列，并从铸造逐步扩展到锻层、焊接、热处理。在全世界形成了一个材料热加工工艺模拟的研究热潮。在最近十几年来召开的材料热加工各专业的国际会议上，该领域的研究论文数量居各类论文的首位；另外从1981年开始，每两年还专门召开一届铸造和焊接过程的计算机数值模拟国际会议，至今已举办了八届。近一、二十年来，材料热加工工艺模拟技术不断向广度、深度扩展，其发展历程及发展趋势有以下七个方面。
  1.1 宏观→中观→微观
  材料热加工工艺模拟的研究工作已普遍由建立在温度场、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(米量级)进入到以预测组织、结构、性能为目的的中观尺度模拟(毫米量级)及微观尺度模拟阶段，研究对象涉及结晶、再结晶、重结晶、偏析、扩散、气体析出、相变等微观层次，甚至达到单个枝晶的尺度。
  1.2 单一分散→耦合集成
  模拟功能已由单一的温度场、流场、应力/应变场、组织场模拟普遍进入到耦合集成阶段。包括：流场←→温度场；温度场←→应力/应变场；温度场←→组织场；应力/应变场←→组织场等之间的耦合，以真实模拟复杂的实际热加工过程。
  1.3 共性、通用→专用、特性
  由于建立在温度场、流场、应力/应变场数值模拟基础上的常规热加工，特别是铸造、冲压、铸造工艺模拟技术的日益成熟及商业化软件的不断出现，研究工作已由共性通用问题转向难度更大的专用特性问题。主要有以下两个方向：
  (1) 解决特种热加工工艺模拟及工艺优化问题：
  为铸造专业中的压铸、低压铸造、金属型铸造、实型铸造、连续铸造、电渣熔铸等；锻压专业中的液压胀形、楔横轧、辊锻等；焊接专业中的电阻焊、激光焊等。
  (2) 解决热加工件的缺陷消除问题
  应用模拟技术，已经成功地解决了大型铸钢件的缩孔、缩松，模锻件的折叠及冲压件的断裂、起皱问题，目前的研究热点集中在铸件的热裂、气孔、偏析；大型锻件的混晶；冲压件的回弹；焊接件的变形、冷裂、 热裂；淬火中的变形等常见缺陷的预防和消除方法的研究。
  1.4 重视提高数值模拟精度和速度的基础性研究
  数值模拟是热加工工艺模拟的重要方法，提高数值模拟的精度和速度是当前数值模拟的研究热点，为此非常重视在热加工基础理论、新的数理模型、新的算法、前后处理、精确的基础数据获得与积累等基础性研究，为此需要多个专业学科的研究人员通力合作才能有所突破。
  1.5 重视物理模拟及精确测试技术
  物理模拟揭示工艺过程本质，得到临界判据，检验、校核数值模拟结果的有力手段，越来越引起研究工作者的重视。有以下一些新的动向：
  (1) 应用高新技术，设计、开发新型物理模拟实验方法及装置。
  现举两例：
  ①.美国衣阿华大学以乙二烃作为模拟物质(其结晶过程与金属相似，且本身透明，易于观看)， 通过四个CCD摄象机连续观察并记录其结晶过程，可以直接观看重力、对流等因素对结晶的影响，十分直观。
  ②.美国密西根大学吴贤铭制造中心研制的冲压件表面大应变量的激光测量系统：应用装在三坐标测量仪上的激光探头大视野扫描带变形网格的冲压件，经数据处理后，成为校核数值模拟结果的有效手段。
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