由清华大学承担，并联合上海交通大学、机械科学研究院、中国第一重型机械股份公司和华中科技大学共同参与的“先进成形制造全流程建模与仿真创新平台”课题，自2012年9月启动以来，已按照任务合同书规定的节点任务、考核指标及主要技术与经济指标要求，完成了各阶段工作并取得了阶段性成果。
2012年完成的主要工作是：
1.铸造、锻造、焊接及热处理全过程数理建模及算法开发，包括：大型钢锭凝固过程多尺度及多场藕合的数理建模及算法研究；基于改进 CA 方法的镁合金枝晶生长模拟、考虑压室预结晶的压铸镁合金微观组织模拟和压铸充型模拟；叶片定向凝固过程温度场的数学物理建模；大型铸件铸造充型凝固过程模拟研究，建立了基于差分格式的大型铸件充型流动、传热凝固（复杂浇注工艺+补浇）精确数学模型；
大型铸件铸造凝固过程偏析模拟研究、大型铸件铸造凝固过程应力模拟研究、大型铸件热处理过程模拟研究，并根据梅尼尔模型建立了热处理数值模拟的组织性能的快速预测模型；搅拌摩擦焊材料塑性流动行为的模拟仿真及应用、搅拌摩擦焊过程中产热分布的研究；热处理气氛渗碳与真空渗碳工艺，以及高碳表面的碳化物生成机理、42CrMo 钢力学性能的测量和固态相变的数学建模、钢铁材料相变塑性研究与建模。
2.软件设计与开发，包括：基于有限元法铸造热应力计算分析系统的开发与研究；大厚度钛合金电子束焊接残余应力模拟仿真系统的建立；电子束“毛化”过程中束流与材料的相互作用模拟仿真体系的建立；热锻工艺全过程数值模拟软件；车车轮的热处理工艺模拟及性能预测软件；增量体积成形有限元模拟系统XFORM的开发与验证；铸造和热处理全过程的传热-相变-应力耦合模型；增量体积成形有限元模拟系统XFORM的开发；锻造过程空洞型缺陷演化仿真平台的研发；微观组织演变CA模拟仿真平台的研发。
图1 定向凝固炉炉壁温度场分布及全叶片型壳温
度场分布(a)t=330s，(b)t=600s，(c)t=1650s
3.全流程软件接口设计及规划。
4.部分物理模拟及测试验证平台共用设备建设，包括：钢锭凝固过程部分物理模拟及测试验证平台；
合金凝固组织与宏观偏析试验平台；压铸件中压室预结晶组织的试验研究；高强钢300M、转子钢30Cr2Ni4MoV等的热变形规律的研究；精密热处理物理模拟平台研制。
5.虚拟现实平台和网络化服务规划设计，包括：成形制造全过程模拟虚拟现实平台建设方案调研；基于网络化成形制造过程CAD/CAE系统建设；技术联盟落实工作。
2012年，该课题共发表学术论文27 篇，培养学科带头人2名及5名中青年骨干人才。投入编写的软件有5 项，其中2项已获得著作权。申请专利3项，2项获得授权。
2013年，截止到目前，该课题完成的主要工作是：对模型及算法的验证和完善；成形制造过程模拟仿真软件的开发；成形制造过程全流程软件接口及测试。同时，发表学术论文14篇，培养博士生3人，硕士生6人。
作为实施年限自2012年1月至2015年12月的项目，目前，“先进成形制造全流程建模与仿真创新平台”课题已取得了一些阶段性技术成果，主要包括：
1.清华大学自行开发出焊接变形分析计算软件（已获软件著作权）以及一种钢锭偏析控制的水力学模拟装置和方法（已申请专利）。同时，华中科技大学开发出华铸CAE大型铸件铸造模拟软件V2.0。
2.掌握了大厚度钛合金电子束焊接过程数值模拟仿真的关键技术，以及电子束毛化过程中束流和材料相互作用的数值模拟的关键技术。nextpage
3.研究成果“大型铸锻件共性关键制造技术研究及应用”通过教育部组织的鉴定，获得2012年教育部科技进步二等奖。
图2 火车车轮的热处理工艺模拟及性能预测
此外，一些研究成果已得到实际应用，包括：
1.上海交通大学与上海重型机器厂有限公司紧密合作，采用锻造和热处理工艺数值模拟技术对核电大锻件热处理工艺进行优化。在此过程中，上海重型机器厂有限公司初步掌握了三代AP1000核电主设备用SA508-3钢大锻件的锻造及热处理技术，满足了核电大锻件批量制造的需要。其中，“AP1000核岛主设备大锻件”已于2012年通过中国机械工业联合会的鉴定，达到国际先进水平；AP1000压力容器整套锻件均一次热处理合格。
图3 挂舵臂大型铸钢件凝固过程缩松缩孔的定量预测（铸件+浇冒口）
2.协助上海重型机器厂有限公司制定完成了多个急需的材料试验方案和大锻件工艺方案，通过将数值模拟技术应用于该公司的大锻件锻造工艺研究中，解决了许多过去难以解决的问题，同时也在数值模拟方法上做了一些有益的探索。相关工作涉及：SA508-3保温试验；蒸发器上封头1∶1.5成形试验与模拟改进；蒸发器上封头1∶1成形工艺方案模拟与改进；316LN保温试验；316LN高温流变应力模型；316LN主管道热段B 法兰部分成形工艺方案模拟与改进。所有这些工作，均为上海重型机器厂有限公司制定锻造工艺提供了重要依据。
总之，“先进成形制造全流程建模与仿真创新平台”课题研究的总体目标是：针对重点领域发展的需要，建立先进成形制造（铸、锻、焊及热处理）全流程建模与仿真创新平台；用信息化提升我国成形制造的整体技术水平，特别是大型关键零部件及先进精确成形制造的技术水平；构建为全行业服务的成形制造全过程建模与仿真软硬件共享和服务平台；整合优势研发单位及资源，凝聚和培养高水平的建模与仿真创新型科技人才队伍，打造国内外著名成形制造研发基地，提升我国制造业成形制造领域的自主创新能力和技术水平。
