在工程领域，板材成形技术被广泛应用于汽车、钢铁、电器、船舶、航空航天、兵器等行业中。板材成形过程中的缺陷问题，如起皱、破裂、回弹等，会直接影响到生产和产品的质量。因此，如何迅速准确地预测并消除这些缺陷，确定重要工艺参数，成为板材成形技术发展的关键问题。有限元分析（FEA）作为一种成熟的数值模拟方法，在板材成形分析过程中被广泛应用。本文旨在探讨板材成形有限元数值模拟的关键技术，主要技术包括模具型腔曲面的有限元建模技术和有限元网格重划技术。
1. 板料成形机理及特点
板材成形是材料在外力作用下，通过模具型腔的约束而发生塑性流动，最终达到产品的物理和几何要求的过程。这个过程的实质是变形体边界与模具型腔接触不断变化并影响内部金属变形的过程。板料成形问题是一个既有材料非线性又有几何非线性的复杂问题，具有以下特点：弹性变形与塑性变形相比不可忽略，通常采用弹塑性材料模型；板料成形多属于小应变、大变形问题，需要跟踪分析工件的形状变化历史及材料的应变历史；板料成形中易出现材料拉伸失稳（局部颈缩）和压缩失稳（皱曲）现象；回弹对成形尺寸的准确度有较大影响。这些特点使得板材成形过程的数值模拟成为一个复杂的系统工程，需要不断探索与研究有限元的数值模拟技术。
2. 板料成形过程中实现有限元数值模拟的关键技术
2.1 模具型腔曲面的有限元建模技术
在板材成形的有限元仿真中，建模工作主要包括造型和有限元前处理。对于形状简单的零件，直接在仿真分析软件的前处理器中完成CAD造型相对简单。但面对形状复杂的大型板料件时，需要与实物表面形状精确吻合的曲面模型，此时单靠传统方法难以满足需求。应使用三维造型软件对扫描测量机测得的离散数据进行拟合和光顺处理，得到精确的曲面模型，并传入有限元分析软件的前处理器中进行曲面网格划分。造型和曲面网格划分是整个板料成型数值模拟过程中的关键环节，准确有效的建模技术随着三维造型软件与有限元分析软件的无缝集成，逐渐变得成熟。
2.2 有限元网格重划技术
在板材成形有限元仿真过程中，随着时间推移和变形程度的加深，有限元网格可能发生畸变，导致模拟中断。当网格变形达到一定程度后，必须进行网格重划。对于局部畸变，可采取局部调整的方法，但若变形体内部出现大量畸变，则需停止计算，重新划分适合计算的新网格。网格重划技术是有限元数值模拟中的关键技术和热点问题，需要解决网格畸变的判据和网格重划的流程。新旧网格系统的信息传递，特别是与变形历史有关的等效应变、速度场、边界条件等信息的传递，是保证计算连续性的关键。目前，二维网格重划技术较为成熟，而三维网格重划技术因为其内在的复杂性，仍在探索阶段。
随着计算机技术的快速发展，以有限元法为代表的数值模拟方法已被广泛应用于金属板料成形过程分析中，并取得了显著成效。有限元分析软件如ANSYS等在板材成形领域的应用证实了非线性有限元方法在成形分析中的可行性和有效性。通过数值模拟技术，研究人员能够实时跟踪并描述金属的流动行为，揭示缺陷形成的机理，进行模具磨损预测和改善、优化润滑方案，甚至可以预测与消除起皱和拉裂，计算回弹，确定压边力，计算毛坯尺寸等，为板料成形技术的发展提供了强有力的技术支持和理论依据。
