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0、引言
钣金件即由金属板料制成的零件，在飞机中约占零件总数的1/2, 在卡车中超过总重量的1/2,在轿车中达3/4，在其它行业也有较多的应用。钣金件的生产与应用，特别是汽车工业的发展,是一个国家工业化程度的标志。自改革开放以来，我国汽车工业已发生了巨大变化，汽车年产量从1978年的15万辆跃增到1997年的157万辆。汽车工业已成为我国国民经济的支柱产业。但是与世界工业发达国家相比,我国全国一年的产量还不及一个国外大汽车公司的年产量。随着我国经济的发展和人民生活的提高,汽车将有一个很大的需求市场。国外多家汽车厂商已瞄准了我国这一市场。一俟我国加入世界贸易组织（WTO）,我国的国内市场将成为国际市场的一部分。届时关税降低,国内汽车市场将面临进口车涌入的冲击。即使我们能获得有限的保护期，这一天也会很快到来。据5月27日《信息时报》报道，我国轿车工业在未来两三年内很可能再次下调20%，降至60-80%,以适应总体关税水平到2000年降到15%的要求。这表明今后我国汽车工业指望得到关税保护的力度将会越来越小。
世界工业发达国家汽车厂商为占有市场,几乎每年都有款式新颖、质量优良、性能先进、装饰舒适的新车型面市。除规模效益外，竞争取胜，要靠先进的科学技术，大力缩短改型换代的周期。
汽车钣金件的生产主要依靠模具来完成。在车型设计 模具设计、制造与调试投产的整个周期中，模具设计制造与调试约占2/3的时间，成为制约汽车改型换代的主要因素。这是因为板料冲压成形过程是一个非常复杂的塑性成形过程，许多因素都直接或间接地影响着成形的结果。经典的板料成形理论只能对如弯曲件、杯形件等简单钣金件的成形过程进行分析。对于如汽车覆盖件那样形状复杂的钣金件就显得无能无力。这使得汽车模具的设计迄今仍主要凭借设计员的经验和类比进行。由于缺乏较准确可靠的定量分析与计算，致使设计制造出来的模具必须经过反复试压修改，有时甚至修改原产品的设计，报废重制模具后，才能冲出合格制件。这一过程导致了人、财、物、时间的巨大浪费。为改变这种传统的经验与试错方法不适应汽车工业发展的状况，人们设想在模具投入制造前，能否在计算机上模拟冲压成形过程，即在虚拟环境下对所设计的模具进行分析。如果可行，再投入制造。如果不行，再修改模具设计，甚至修改原产品的设计重新设计模具，重进行模拟分析，直至可行再投入模具制造。这样可以避免用实际制造出来的模具进行调试所带来的巨大浪费。这项工作又称为板料成形的计算机辅助工程分析(CAE)。
1、板料成形模拟技术的国内外发展现状
在汽车工业发展需要的牵动下，国外汽车厂商纷纷投入巨资开展该项研究工作。随着有限元技术的发展及计算机技术的不断进步，世界工业发达国家相继开发出一些用于钣金件成形过程分析的成形模拟商品软件，应用较广的著名软件有：
1）美国Lawrence livemore国家材料实验室Hallquist教授主持开发的LS-DYNA3D软件。DYNA3D是它的早期版本。
2）法国ESI公司的PAM-STAMP软件。
3）法国DYNAMIC SOFTWARE公司的OPTRIS软件。它是在PAM-STAMP基础上推出的。实际上后两种软件也都是在DYNA3D基础上发展起来的。他们都采用动态显式算法。美国Lawrence Livemore国家实验室还开发了采用静态隐式算法的LS-NIKE3D软件。此外还有美国的
DEFORM、MARC，德国的AFORM与INDEED，日本的ITAS3D等。
据美国Cray公司从事板料成形研究的Wu博士97年夏来华讲学介绍，几年前人们对板料成形模拟技术还持怀疑态度。随着这一技术不断成熟与推广应用所带来的巨大经济效益, 现在已到了离不开它的地步。在美、欧、日，成形模拟已成为工业设计钣金件必不可少的一环。美国福特汽车公司规定所有的汽车覆盖件及其成形模具设计方案都必须经过成形模拟验证通过以后方能投产加工。在东南亚、台湾、韩国等一些中小企业也越来越得到广泛的应用。
我国汽车模具工业远远落后于世界工业发达国家。仅像一汽、二汽等少数几个厂家具有有限的自行设计制造模具能力。为满足发展汽车工业对模具的需要，仅七五期间头两年就引进了九个半车型模具，耗资2.05亿美元。1994年共进口模具7.65亿美元。其中最多的是制造汽车和家电用的大型复杂冲压模具。八五期间新上的汽车生产线都是依赖于花费大量外汇进口模具。
为提高我国产汽车的市场竞争力，坚持资产重组提高规模效益外，必须尽快提高自行设计开发能力，不断开发适应市场需要的新车型。我们必须从根本上改变依赖进口模具的状况，实现模具设计制造的国产化。
就目前来看，对于汽车模具的CAD/CAM这一关键，虽通过引进已基本掌握其中曲面造型与数控加工技术，但是模具设计却步履维艰，远远不能适应生产发展的需要。在世界工业发达国家各大汽车公司以至中小企业已较普遍采用板料成形模拟技术的形势下，我国几乎仍采用凭经验与试错方法设计制造模具。近几年国内一些高校相继开展关于成形模拟技术的研究。
据不完全统计，有北航熊火轮(1990)、华中理工大董湘怀(1991)与吴勇国(1995)、哈工大郭刚(1994)、吉林工大柳玉起(1995)与柳泽(1997)、湖南大学徐康聪(1995)、北京理工大马幼鸣(1997)等攻读该课题的博士论文，推进了国内在该领域的研究进展。但由于板料冲压成形模拟需要用到大塑性变形的弹塑性有限元，课题综合难度很大，大多仍处于起步阶段。
研究进展与所在课题组坚持不懈攻关和获得经费支持及合作不无关系。吉林工大胡平教授的课题组取得吉林省和国家自然科学基金的支持，取得较大进展。北航施法中教授与一汽冲压专家黄迪民副总师的课题组合作承担了国家863课题，取得国家863和一汽的大力支持，在短短两年内，也取得较大进展。又柳泽博士在攻读博士论文期间，取得一汽的支持，一头扎到一汽，利用一汽的硬软件条件，取得实际研究进展。
与此同时，国外的成形模拟商品软件OPTRIS、PAM-STAMP等已开始进入我国市场。但由于这类软件远比CAD/CAM软件难以掌握，而在国内代理商又缺乏培训条件与售后服务，致使个别厂家购买了也用不了，只好闲置起来。只有技术实力雄厚的一汽与北航等高校合作，成功地开始了成形模拟技术的试验性应用与实际试用。上海大众汽车公司引进德国的AFORM与INDEED软件，也开始起步。不仅在汽车行业，而且在飞机、摩托车、机车车辆等其它行业的一些厂所与高校也相继已经或正在考虑引进国外板料成形模拟软件。
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