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Numerical Simulation Driven Hot Working Technology for High-temperature Alloys
数值模拟驱动的高温合金热加工技术
热加工过程中存在着许多非线性问题，这就对微分方程组的建立与求解造成了
很大的困难，而有限元分析法的出现很好地解决了这一数学难题，使复杂热加工
问题的数值求解成为可能。这是由于在利用有限元去求解全域内描述应力场的微
分方程原函数的时候，将解域进行了离散化。当前，有限元法已经高度形式化和
系统化，且单元类型十分丰富，能有效地分析二维和三维工程问题。有限元法不
受具体的成形方式的限制，能够适用于各类塑性变形问题的分析以及对多种影响
成形过程的因素进行模拟，能直观地描述金属的塑性流动规律，为优化控制工艺
参数、预测缺陷的产生和分布提供了理论依据；缺点是它的计算量大，其应用受
到计算机性能的限制。金属塑性成形有限元模拟技术已经日渐完善，出现了不少
商品化的金属塑性成形有限元仿真软件，其中美国 SFTC 公司的 DEFORM 2D、
DEFORM 3D 和美国 MSC 公司的 MSC/MARC、MSC/AUTOFORGE 比较具有代
表性。
采用有限元对热变形过程进行数值模拟的实验流程如图 2-1 所示。实验步骤
一般分为三个阶段：前处理，计算，后处理。
图 2-1 采用有限元方法分析金属热变形过程的一般流程
前处理阶段，首先要解决材料本构模型和边界条件的设定等问题。向有限元
软件导入材料流变行为主要有两种方式：以经验或半经验公式输入，即本构方程
输入；建立流变曲线的方式，将流变应力作为应变量、应变速率、温度的函数，
输入不同温度、不同应变速率、不同应变量下的流变应力值，有限元软件根据所
输入的数据自动插值计算，即曲线描点法输入。
前处理阶段同时包括模型的建立和网格的划分，在 CAD 或者 CAE 上根据
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