材料加工過程計算機模擬的現(xiàn)狀與未來

【摘 要】隨著經(jīng)濟全球化發(fā)展趨勢不斷加劇，制造業(yè)面臨極大的市場挑戰(zhàn)，以不斷提高制造加工技術(shù)水平，促進加工技術(shù)改革和創(chuàng)新?，F(xiàn)代發(fā)展中，制造業(yè)正向著高質(zhì)量、低成本和高效率方向發(fā)展，符合社會發(fā)展需求，有利于提高人們的生活水平，推動世界經(jīng)濟長遠發(fā)展。本文就材料加工過程計算機模擬的現(xiàn)狀進行分析，提出材料加工過程計算機模擬的未來發(fā)展趨勢，以促進材料加工技術(shù)的集成化、數(shù)字化和現(xiàn)代化發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】材料加工；計算機模擬；現(xiàn)狀；未來發(fā)展

在我國市場經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)中，制造業(yè)占據(jù)著重要地位，與我國綜合國力提升有著密切聯(lián)系。對材料加工過程計算機模擬的現(xiàn)狀進行分析研究，可以充分了解現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展情況，有利于推動制造技術(shù)進步，促進我國材料加工技術(shù)未來發(fā)展與國際接軌。

一、材料加工過程計算機模擬的現(xiàn)狀

現(xiàn)代化建設(shè)中，計算機模擬技術(shù)在材料加工的應(yīng)用，成為了先進制造技術(shù)的額重要標志，使材料加工技術(shù)不斷創(chuàng)新，對于提高制造技術(shù)水平發(fā)揮著重要作用。一般情況下，材料加工主要是指鋼材、鑄鐵和鋁合金等材料的加工，通過鍛造、焊接和鑄造加工等加工方法生產(chǎn)成所需產(chǎn)品，以保證企業(yè)的生產(chǎn)量。在進行材料加工產(chǎn)品的檢測時，要對形狀精度、結(jié)構(gòu)情況、曲面和表面質(zhì)量等嚴格檢查，由于產(chǎn)品質(zhì)量受到溫度、加工技術(shù)、工序和生產(chǎn)環(huán)境等因素的影響，因此，材料加工產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制具有一定難度。

由于制造系統(tǒng)具有復雜、繁多的組成結(jié)構(gòu)，因此，制造業(yè)具有多樣性、復雜性和長期性，其中，包括產(chǎn)品設(shè)計、市場定位、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品銷售等，與企業(yè)經(jīng)濟效益不斷增長有著密切聯(lián)系。所以，材料加工過程的計算機模擬，是制造業(yè)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，根據(jù)材料加工的實際情況，設(shè)計合適的加工工序，提高企業(yè)生產(chǎn)力，使制造業(yè)生產(chǎn)加工技術(shù)得到不斷優(yōu)化。

在實際制造過程中，計算機技術(shù)的廣泛運用，可以按照生產(chǎn)要求和客戶需求，對產(chǎn)品進行設(shè)計、工藝規(guī)劃、性能分析等，從而實現(xiàn)材料加工的虛擬化生產(chǎn)，使產(chǎn)品的研發(fā)時間減少、成本降低、生產(chǎn)周期變短，給材料加工產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量不斷提高提供可靠保障。在制造業(yè)的未來發(fā)展中，材料加工過程計算機模擬將成為重要研究對象和發(fā)展方向，對于推動材料加工技術(shù)不斷創(chuàng)新具有重要影響。

二、材料加工過程計算機模擬的未來發(fā)展趨勢

材料加工已經(jīng)逐漸從宏觀模擬向著微觀模擬方向發(fā)展，進一步了解材料結(jié)構(gòu)的微型結(jié)構(gòu)，才可以確定更有效的加工工序，提高材料加工產(chǎn)品質(zhì)量，促進產(chǎn)品數(shù)量不斷增長，推動企業(yè)經(jīng)濟效益不斷提升。因此，新世紀的制造業(yè)發(fā)展中，材料加工過程計算機模擬的未來發(fā)展趨勢有如下幾個方面：

（一）高精度和高效的三維有限元模擬

現(xiàn)代化建設(shè)中，制造業(yè)產(chǎn)品所需的生產(chǎn)加工技術(shù)要求越來越高，以有限元法作為素質(zhì)模擬技術(shù)的核心，可以對產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)過程所受的應(yīng)力、等，進行詳細分析，還可以對產(chǎn)品進行快速的卸載和重裝，計算出產(chǎn)品成型后的性能和使用效果，從而避免質(zhì)量問題和使用安全問題出現(xiàn)，給企業(yè)長遠發(fā)展提供了可靠保障。但是，實際制作加工過程中，運用二維進行材料生產(chǎn)過程的全面分析，已經(jīng)不能滿足計算量大、數(shù)據(jù)繁多、變化速度快等情況，使三維模擬分析成為了必然發(fā)展趨勢。隨著計算機運行速度和并行計算模式等方面的不斷研發(fā)，高精度和高效的三維有限元模擬在材料加工過程中得到了應(yīng)用，并推出相關(guān)軟件，如A NSYS和LS-DYNA3D等，使計算機的運行速度和計算精度得到了很大提高，給材料加工技術(shù)水平不斷提升提供了可靠保障。

（二）建立復雜、綜合的模擬系統(tǒng)

在產(chǎn)品加工成形的過程中，需要按照生產(chǎn)要求和市場需求對產(chǎn)品進行相關(guān)參數(shù)設(shè)置，以滿足產(chǎn)品成形后的各種形態(tài)和規(guī)格，反向模擬技術(shù)的運用，使材料加工設(shè)計變得更加方便和快捷，以及敏感性分析方法的應(yīng)用，使產(chǎn)品設(shè)計得到不斷優(yōu)化。因此，建立復雜、綜合的模擬系統(tǒng)，可以解決材料加工中存在很多問題，在材料的鍛造、焊接、熱處理等操作過程中，掌控全面的影響因素，對溫度、晶粒變化、變形量、工具形狀等進行及時調(diào)整，并建立相關(guān)數(shù)學模型，便于更好的進行材料加工過程的研究，提高計算機模擬的可靠性和準確性。

（三）材料微觀模擬技術(shù)

在進行成分較多的材料加工時，需要根據(jù)加工工藝選擇合適的加工工具和設(shè)置相對應(yīng)的工藝參數(shù)，以保證加工產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，提高產(chǎn)品的適用性。一般情況下，相關(guān)工藝參數(shù)的控制主要是指材料流動的順序、熱處理條件和產(chǎn)品保質(zhì)方法等，因此，需要運用計算機技術(shù)進行材料加工的微觀模擬，防止材料內(nèi)部出現(xiàn)裂縫、變質(zhì)等情況，從而保證加工產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。在實際生產(chǎn)加工中，運用材料微觀模擬技術(shù)，可以對材料的分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)等進行分析，了解螺旋位錯源結(jié)構(gòu)、堆積-阻礙結(jié)構(gòu)、界面結(jié)構(gòu)等，并結(jié)合動力學知識進行研究，給材料加工過程計算機模擬的深入研究提供了有利依據(jù)。

（四）新模擬技術(shù)的研發(fā)

對于單一的材料加工來說，計算機模擬所包含的相關(guān)參數(shù)、物理量、數(shù)據(jù)、設(shè)計工序等比較簡單，產(chǎn)品的質(zhì)量可以得到有效保障。近年來，材料加工過程的計算機模擬已經(jīng)朝著集成化、系統(tǒng)化發(fā)展，可以對材料加工的環(huán)境進行分析、對相關(guān)數(shù)據(jù)和大小進行高效化管理，同時，根據(jù)相關(guān)加工要求和設(shè)計需要，得出最優(yōu)化的方案，使產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和使用性能得到最大化提高。隨著社會需求不斷變化，制造業(yè)所需要生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變得越來越復雜，新模擬技術(shù)的研發(fā)已成為了材料加工過程計算機技術(shù)應(yīng)用的未來發(fā)展趨勢，尤其是近來出現(xiàn)的一種新的無網(wǎng)格數(shù)值方法的發(fā)展，使函數(shù)變得更加連續(xù)、靈活，大大提高了計算機模擬處理相關(guān)問題的工作效率，保證了產(chǎn)品加工的精度，給制造業(yè)未來長遠發(fā)展指明了發(fā)展方向。

隨著計算機技術(shù)的不斷推廣，不斷提高材料加工產(chǎn)品質(zhì)量，促進產(chǎn)品數(shù)量不斷增長，推動企業(yè)經(jīng)濟效益不斷提升，才能保證企業(yè)生產(chǎn)力，促進企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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[4]馬付建.超聲輔助加工系統(tǒng)研發(fā)及其在復合材料加工中的應(yīng)用[D].大連理工大學，2013.

作者簡介：

房園（1993-），本科在讀，大連理工大學，材料成型及控制工程專業(yè)

倪宇飛（1993-），本科在讀，大連理工大學，電氣工程及其自動化專業(yè)

高星（1993-），本科在讀，大連理工大學，金屬材料工程專業(yè)

丁長強（1995-），本科在讀，大連理工大學，電氣工程及其自動化專業(yè)