本书以材料成形过程涉及的有限元法理论基础和实例详解为主，详细讲解典型材料成形过程工程问题的解决方法和相关要点，包括塑性成形、成形损失、焊接成形等，全书理论与应用相结合，深入浅出，实用性强，可以供高等院校材料成形及控制相关专业师生阅读学习，也可供使用ABAQUS软件的研究生及相关技术人员的参考阅读。

本书以材料成形过程涉及的有限元法理论基础和实例详解为主，详细讲解典型材料成形过程工程问题的解决方法和相关要点，主要内容包括：结合ABAQUS有限元软件讲述有限元法的基本理论，使读者能够快速理解利用有限元法解决问题的思路和步骤；介绍ABAQUS有限元软件的基本使用方法，帮助读者快速掌握软件应用；根据材料成形实际案例给出详细的解决方案及软件操作步骤，帮助读者深入体会解决材料成形过程典型问题的方法和技巧，从而提高利用ABAQUS软件解决实际工程问题的能力。
本书理论与应用相结合，深入浅出，实用性强，可以供高等院校材料成形及控制相关专业师生阅读学习，也可供使用ABAQUS软件的研究生及相关技术人员参考阅读。

第1章绪论001
1.1材料成形过程数值分析方法002
1.1.1材料成形过程数值分析方法002
1.1.2有限元法的计算软件003
1.1.3ABAQUS软件简介003
1.2材料成形技术及其发展004
1.2.1材料成形技术004
1.2.2材料成形技术发展趋势005
1.3材料成形过程中典型的有限元问题006

第2章有限单元法基本理论008
2.1有限元法的基本思想及实施步骤009
2.2连续介质的离散化010
2.2.1选择单元形式011
2.2.2节点编码014
2.2.3计算区域的选择014
2.3单元分析015
2.3.1单元与形函数016
2.3.2几何矩阵033
2.3.3应力矩阵036
2.3.4单元刚度矩阵036
2.3.5表面均布作用力的转换和体力转换037
2.4整体分析039
2.4.1建立整体结构方程039
2.4.2位移约束041
2.4.3求解整体结构方程043
2.4.4求应力和应变043

第3章有限元软件ABAQUS基础045
3.1ABAQUS/CAE简介047
3.1.1ABAQUS/CAE的启动047
3.1.2ABAQUS/CAE主窗口的组成048
3.2ABAQUS/Standard 和Explicit050
3.3ABAQUS中坐标和量纲050
3.4ABAQUS/CAE功能模块介绍051
3.4.1Part（零件）051
3.4.2Property（特性）054
3.4.3Assembly（装配件）059
3.4.4Step（分析步骤）062
3.4.5Interaction（相互作用）069
3.4.6Load（载荷）073
3.4.7Mesh（网格）079
3.4.8Job（作业）090
3.4.9Visualization（可视化）092
3.4.10Sketch（绘图）095
3.4.11ABAQUS帮助文件096
3.5快速入门算例097
3.5.1实例1：二维桁架问题097
3.5.2实例2：三维轴承支架问题120

第4章非线性问题137
4.1弹塑性材料的塑性139
4.1.1弹塑性材料的塑性性能140
4.1.2屈服准则142
4.1.3硬化准则145
4.1.4成形过程的损伤与断裂147
4.2材料成形过程的接触147
4.2.1材料成形过程中接触面间的相互作用148
4.2.2ABAQUS中定义接触149
4.2.3接触算法152
4.3非线性问题的求解方法153
4.3.1牛顿法（Full Newton）154
4.3.2拟牛顿法（Quasi Newton）155
4.3.3分析步、增量步和迭代步155
4.3.4自动增量控制156
4.3.5ABAQUS显式算法与隐式算法157
4.3.6塑性性能的输入158
4.4非线性问题计算实例159
4.4.1实例1：自由镦粗159
4.4.2实例2：盘件模锻174
4.4.3实例3：闭角零件弯曲188
4.4.4实例4：O形零件弯曲201

第5章塑性成形过程损伤断裂模拟211
5.1塑性金属材料损伤判据212
5.1.1金属塑性成形过程韧性断裂的损伤本构213
5.1.2成形极限图217
5.1.3应力状态218
5.1.4内聚力模型219
5.2塑性变形过程损伤计算221
5.2.1实例1：GTN模型221
5.2.2实例2：拉深成形及损伤231
5.2.3实例3：微观塑性损伤的Cohesive单元模拟245

第6章焊接过程计算模拟253
6.1焊接成形过程基础理论254
6.1.1焊接热过程254
6.1.2热传播基本定律255
6.1.3焊接热源模型257
6.1.4焊接残余应力演化过程262
6.1.5焊接变形演化266
6.2焊接热过程分析基本流程266
6.3焊接成形过程计算实例268
6.3.1实例1：平板对接弧焊268
6.3.2实例2：平板对接激光焊284
6.3.3实例3：圆管多层多道焊296
6.3.4实例4：圆管多层多道焊焊后热处理315

参考文献323

数值模拟技术在材料成形领域得到广泛的认同与应用，它为材料成形方案制定、工模具设计、工艺参数优化、产品质量控制等方法和手段的变革带来了意义深远的影响。
本书将材料成形过程数值模拟必须掌握的有限元理论基础、实用的专业知识及专业技能结合起来，使读者能够掌握有限元方法解决材料成形实际问题的基本思路及方法技能。ABAQUS是大型通用的有限元软件，其卓越的非线性分析功能可以解决绝大部分材料成形问题。为使读者能够较快地了解材料成形数值模拟的基础理论与相关技术，本书结合ABAQUS软件讲述材料成形过程涉及的有限元基础理论和应用实例。
本书内容主要分为2部分；第1~3章结合ABAQUS有限元软件讲述有限元法的基本理论，以及ABAQUS有限元软件使用的基本方法；第4~6章结合材料成形实例，给出详细的解决方案及软件操作步骤，包括塑性成形、成形损伤、焊接成形等常见工程问题，帮助读者深入体会解决材料成形过程典型问题的方法和技巧，从而提高利用ABAQUS解决实际工程问题的能力。第1章由石端虎负责编写，第2章由何敏、杨峰负责编写，第3章由何敏、张宁负责编写，第4章由何敏、王晓溪负责编写，第5章由何敏负责编写，第6章由宋威负责编写。全书由何敏、石端虎负责统筹编辑工作。感谢江苏省高校“青蓝工程”优秀教学团队的大力支持。
本书编写过程中，董宣伟提供自由镦粗成形过程的模拟调试工作，沈佳欢提供盘件模锻的模拟调试工作，代文阁提供闭角零件弯曲的模拟调试工作，赵后华提供O形零件弯曲的模拟调试工作，申诚程提供拉深成形及损伤的模拟调试工作。
本书可以供高等院校材料成形及控制相关专业师生阅读学习，也可以供使用ABAQUS软件的研究生及相关技术人员参考阅读。
由于编者能力和水平有限，书中难免出现疏漏，恳请读者提出宝贵意见。

编者