前言

近十几年来，随着计算机软硬件技术、计算力学基础理论以及对材料加工过程物理规律本质认识的深入，材料成形过程的数值模拟技术获得了飞速发展。它为材料成形的工艺及模具设计、产品质量控制等带来了方法和手段的革命性变革，产品研发人员借助计算机模拟就可以预测材料成形过程中的缺陷，及时修改和优化设计，减少物理试验次数，缩短产品开发周期，降低生产成本。材料成形数值模拟技术在工业发达国家已经得到广泛的认同和应用，一些国际上著名的制造业公司已经将该项技术作为产品开发的一个必要环节。

材料成形的数值模拟技术理论是材料成型及控制工程专业开展研究生及本科教学的重要技术理论课，它为提高学生的软件应用及开发能力起到了至关重要的作用。我们在从事该专业研究生及本科生的教学时发现，由于金属塑性加工涉及的有限元理论基础很深，例如金属板料成形涉及材料非线性、几何非线性及接触非线性的强非线性问题，而学习非线性有限元的前提是必须要具备线性有限元分析的知识，所以学习塑性成形有限元理论必须要具有系统性和深入性。而开展本课程的教学在该专业教学计划上又不可能像力学专业那样拿出太多的学时，因此编写本书的目的就是针对我校及有关高校学生的相关基础课程掌握水平的实际情况，量体裁衣，由浅入深，力求学生系统掌握有限元法及塑性成形数值模拟的理论知识。教材编写总的原则是尊重认知规律、由浅入深、兼顾理论体系的严密性和完整性，这应该是本教材的特色。

本书所必需的基础课程是高等数学、线性代数、材料力学及金属塑性成形原理。考虑到本专业多数学生未学习弹性力学的课程，本书第2章补充了弹性力学的基础知识。本书第1章至第5章为线性有限元理论知识，第6章至第9章为非线性有限元理论及塑性成形数值模拟技术，其中第8章相关理论部分介绍了当前显式有限元软件的一些主流算法。为了使学生学习更加方便，在线性有限元理论部分每章后布置了一定数目的习题。

本书内容安排是，第1章讲述了有限元等数值分析方法产生的历史背景、常用商业有限元软件介绍；第2章讲述了弹性力学的基础知识及有限元法的数学理论基础；第3章以最简单的有限元模型一维单元为例，讲述了有限元分析的全过程；第4章讲述了工程上常见的连续体单元的构造方法；第5章讲述了等参单元的概念、构造理论及工程上最常用的一般壳体单元的构造方法；第6章讲述了金属体积成形的刚塑性有限元理论基础；第7章讲述了体积成形数值模拟的若干技术问题处理及软件应用技术；第8章讲述了大变形弹塑性有限元理论基础及当前显式有限元分析的一些主流算法；第9章讲述了板料成形数值模拟的若干技术问题处理及软件应用技术。

本书第1～5章及第8章由王金彦负责编写；第6、第7章由董万鹏负责编写；第9章由龚红英负责编写。全书由王金彦统筹定稿。研究生于秋华、饶轮、刘雅芳、吴璐、王斯凡为本书的编写做了大量工作，在此表示感谢！上海工程技术大学材料工程学院的领导和老师为本书的编写提供了很多支持和帮助，在此一并表示感谢！鉴于笔者水平有限，书中难免有不当之处，恳请同行和专家批评指正。

编著者