西北工大詹梅教授团队：塑性成形快速数值仿真方法的研究进展丨JME文章推荐

引用论文

詹梅, 董赟达, 翟卓蕾, 樊晓光, 石志鹏, 安强. 塑性成形快速数值仿真方法的研究进展[J]. 机械工程学报, 2022, 58(16): 2-20.

ZHAN Mei, DONG Yunda, ZHAI Zhuolei, FAN Xiaoguang, SHI Zhipeng, AN Qiang. Review on Fast Numerical Simulation Method for Plastic Forming[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2022, 58(16): 2-20.

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塑性成形是不可替代的先进制造技术。其具有多场耦合和高度非线性的特点，使得有限元等数值模拟方法成为研究塑性成形理论和技术的主流方法。然而，随着塑性成形工艺向多能场下难变形材料的精密化、大型化、柔性化等方向发展，数值模拟需考虑复杂构件形状、非线性材料跨尺度复杂本构、工艺动态柔性化等问题，导致模型规模与仿真时间剧增，难以满足技术研发的需求。因此，发展精确高效的数值仿真方法，是塑性成形学科前沿的热点和难点。从计算几何理论、数值算法与计算硬件三方面突破该问题，逐渐形成了大规模离散模型精简/降维、求解器算法改进与高性能并行计算三类方法，为高效塑性成形仿真提供了新思路。

西北工业大学詹梅教授团队在《机械工程学报》2022年16期的“高性能塑性成形制造” 特邀专栏发表了《塑性成形快速数值仿真方法的研究进展》一文。文章综述了网格密度动态控制方法与多种实用壳单元对模型规模缩减的策略，介绍了机器学习、物质点法与虚拟元法等创新算法对仿真流程的优化，并讨论并行算法在同构与异构平台上的研究进展。通过对高效仿真方法研究现状的整理，评估了其在塑性成形数值仿真领域中应用前景，并展望了该领域未来可能的发展趋势。

主创简介

詹梅，女，1972年生，博士，西北工业大学教授，博导。教育部长者特聘教授、国家“万人计划”科技创新领军人才、国家杰出青年科学基金获得者。现任中国机械工程学会塑性工程分会副理事长、陕西省高性能精确成形技术与装备重点实验室主任、中国兵工学会精密塑性成形工程专业委员会副主任委员；装备预研航天科技联合基金专家、国家自然科学基金会评专家、教育部重点实验室评估专家；制造领域国际期刊《Manufacturing Review》副主编，《航空学报》中英文版，《中国机械工程》等期刊编委；致力于高性能轻量化复杂构件精确塑性成形理论、技术与装备研究，主持国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、国家科技重大专项等项目30多项，发表论文150余篇，获授权国家发明专利20多项和软著10多项，获国家自然科学和技术发明二等奖各1项，省部级一等奖3项。

董赟达，男，1996年生，博士生。主要从事流动旋压工艺仿真与固体力学快速仿真的相关研究，包括筒型件流动旋压局部加密全六面体网格生成算法、动力显式虚拟元法（VEM）理论、CPU-GPU异构并行计算与固体力学CAE仿真软件开发。

翟卓蕾，女，1998年生，博士生。主要从事剪切旋压的仿真算法相关研究，包括低阶光滑六面体实体壳单元的建立与在剪切旋压中的应用实现、剪切旋压多网格快速仿真方法、基于实体壳单元和多网格法的剪切旋压异构并行动力显式有限元法。

樊晓光，男，1985年生，西北工业大学材料学院教授、博士生导师，国家基金委优青项目获得者。现任材料学院材料成型及控制系主任、航空发动机高性能制造工信部重点实验室和教育部工程中心副主任。主要从事难变形材料高性能精确塑性成形理论与技术的研究工作，承担国家自然科学基金、国家重点研发计划课题、国家科技重大专项课题等多个项目。研究成果在塑性成形顶级期刊Int J Plasticity、J Mater Process Technol等发表系列学术论文，授权国家发明专利10项。获国家技术发明奖二等奖1项和陕西省科学技术一等奖3项。还获第三届中国机械工程学会上银优博论文银奖（第1名，金奖空缺）和陕西省优博论文。

石志鹏，男，1997年生，硕士。主要从事剪切旋压有限元快速仿真相关研究，包括基于多网格法的剪切旋压有限元仿真算法及应用实现、适用于壳单元模型的网格间高效数据传递方案。

安强，男，1992年生，硕士研究生。主要从事典型塑性成形过程的VEM建模与应用进行相关研究，包括二/三维任意多边形网格的构造方法与VEM 模型边界条件的施加方法、动力显式VEM 塑性成形的最优算法参数确定、最优算法参数条件下典型塑性成形的工艺VEM仿真有效性评估。

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课题组在研项目及获得成果

• 精确塑性成形全过程多尺度建模

发展了适用于塑性成形微观组织演化、力学响应与损伤演化的全过程多尺度模型，解决了塑性成形过程形性耦合预测的难题，获2012年国家自然科学二等奖（复杂构件不均匀变形机理与精确塑性成形规律）。

• 局部加载主动控制不均匀变形与精确塑性成形

发展了点、线、面、体局部加载技术，解决了薄壁带内筋头罩、型材弯曲件、钛合金整体隔框、大口径薄壁弯管等航空航天关键复杂构件的成形难题，获2016年国家技术发明二等奖（高性能轻量化构件局部加载精确塑性成形一体化制造技术）。

• 多能场辅助精确塑性成形

揭示了热、电、超声、电磁作用下高温合金、铝合金中的非常规多尺度变形机制，提出了电辅助滚压等新技术，解决了高温合金封严环等制造的瓶颈。获2020年陕西省自然科学一等奖（多能场塑性成形的多尺度变形机制与协同调控）。

直径150-840mm，W/M/Ω/双W型截面高温合金合金封严环

• 智能化工艺与装备设计

开展了难变形材料薄壁构件柔性加载成形工艺智能设计与装备，开发了旋压、环轧等柔性塑性成形工艺的智能化工艺设计系统。

异型曲面件智能旋压成形关键技术

异型曲面件智能旋压成形过程

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课题组特色

西北工业大学精确塑性成形团队主要从事高性能轻量化构件精确塑性成形技术与装备研究。现有教师9人，其中教授8人、副教授1人。杰青、长江、万人计划领军人才、优青、青长、青拔等国家级人才10人次。主持国家科技重大专项、重点基金、973课题等50多项国家级重要课题。是中国机械工程学会塑性工程分会理事长、副理事长单位，国际塑性加工领域有重要影响的高水平研究团队。团队依托陕西省高性能精确成形技术与装备重点实验室建成四大试验平台（高性能板管类构件精确成形试验平台、精密锻造/轧制/挤压精确成形试验平台、成形精度/成形组织性能测试平台、数字化建模仿真与数据库平台），实验室占地3500平方米，共有总价3500万元以上的各类仪器设备110余台。团队的主要研究方向为：轻质高强板管件精确成形，高性能复杂承力构件精确体积成形，难变形材料复杂结构形性一体化调控，数字化、智能化制造与装备技术。

作 者： 詹梅

责任编辑：李娜

责任校对： 金程

审 核：张强

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