在传统拉深行业中，设计者通过对产品的最终形状的分析以及对材料的力学 冲压性能的分析，结合毛坯的可加工性以及该毛坯对拉深、胀形和弯曲等成形方 式的适应能力，设计出一套与零件成形过程相对应的参数，然后设计出模具尺寸 大小，然后对毛坯进行反复的试验，来由此获得最佳的工艺方案，即为传统工业 的“试错法”[5]。在反复试验过程中，工件会出现各种各样的成形缺陷，如拉裂、 回弹以及起皱的问题，而对于这些问题，主要是依靠模具工程师多年的经验和技术进行改善工艺，这样却耗费了大量的人力、物力和财力，同时还存在很大的不 确定因素，这样的生产直接影响了生产效率。可以看出，传统的拉深设计方法已 经不适合当前社会快速发展的节奏，在社会竞争中处于很被动的地位[6]。

基于传统拉深的设计方法已经很难设计出合理的拉深方案，近些年，随着计 算机技术以及有限元理论的发展，计算机辅助工程软件 CAE 技术在板料成形， 尤其是拉深领域得到了广泛的应用，这种技术的运用不但能减少工程师的工作时 间和劳动强度，还能使设计师有更多的时间去做创新研究。其中 DYNAFORM 软件是典型的板材成形软件，应用广，能模拟拉深、回弹、多步冲压、弯曲，还 能进行模具设计，在后处理中能分析工件的应力应变分布和厚度变化等。所以通 过有限元数值模拟技术来带动拉深工业的发展是很好的研究热点。

1。2 有限元模拟在拉深成形中的应用

板料拉深是一个多重非线性问题，它包含材料、几何和接触非线性，因此拉 深成形的机理在力学上是非常复杂的，单单凭借传统的拉深方法，只能通过工程 师的多年经验来得到最佳工艺参数，不过这样的方法不能完全保证产品质量，而 且还会增加生产成本，对实际生产问题的解决没有起到根本的作用。针对复杂的 拉深成形问题，利用有限元模拟对拉深成形工序进行数值模拟，预测成形过程中 出现的问题并解决，设计合理的工艺参数，得到最优的结果。因此，对拉深成形 有限元模拟技术的研究具有重要的意义。

有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元，有限元模拟最初 被应用于航空器材的结构强度计算，随着计算机的快速发展和人类的需求，有限 元模拟技术迅速从结构工程扩展到几乎所有的科学领域，成为一种丰富多彩、应 用广泛并且高效的数值模拟技术。

1960 年，初期的拉深数值模拟技术的研究是采用有限差分法，主要分析物

理问题，例如板料液压胀形、平底或者球形冲头下的拉伸成形等[7]。到了 1970 年后，随着社会工业生产的发展，板料成形数值模拟技术已经得到了快速的发展。 1977 年，美国通用汽车公司以 Wang 为首的研究组与 Kobayashi 领导的研究组各 自发表了一篇关于有限元数值模拟方面的文章，而这两篇关于有限元模拟板料成 形的文章开创了有限元技术的先河[8,9]。此后，在每次国际会议上，有关这方面

的文章发表越来越多，NUMIFORM’89[10-12]发表了 3 篇这方面的文章，这标志着 板料成形有限元数值模拟技术进入蓬勃发展的时期。这一时期的研究主要有三个 特点：第一，工业界与研究理论密切结合，研究人群从分散转到集中，日本于 1990 年建立了一个板料成形数值模拟研究会所，会里一共有 30 家企业，有限元 技术的研究人员得到了这些公司的大力支持和资金供给。第二，研究的广度不仅 得到了提高，学者的深度研究也日趋提升，至今为止有些课题仍然引起人们的关 注，这些课题主要包括各类有限单元的性能研究，各类材料本构关系的接触和摩 擦的求解方法，拉延筋的设置与模拟，回弹的数值模拟，自适应有限元网格的划 分，模具的几何模型表示，多工序成形模拟等等。第三，一些模拟软件已经与实 际生产相结合，计算机辅助设计软件（CAD）、计算机图形学、塑性成形技术 和有限元技术、材料和工艺融合于一体，同时伴随着出现了大量的板料成形模拟 软件，例如 DYNAFORM、AUTOFORM、OPTRIS、LS-DYNA3D 等等，在这些 软件的指导下，板料成形有限元技术也得到了提高并产生了良好的经济效益 [13,14]。美国的 GM、FORD、CHRYSLER，日本的丰田、三菱，德国的大众、奔 驰等大型汽车制造公司，已经开始应用这种有限元技术开发实际生产[15]。论文网