本书系统介绍了流体成形应力场调控理论的力学原理、针对不同结构实现的工艺方法，以及大量成功应用实例。全书共8章，第1章介绍金属薄壳流体成形技术分类和体系，重点论述解析解的重要性；第2章简要介绍塑性变形力学基本知识，主要涉及双向应力状态（平面应力状态），适合非材料加工工程专业读者学习参考；第3章重点从物理意义角度介绍各向异性金属变形理论，给出许多新的研究结果；第4章论述应力场调控理论的核心思想，基本假设及其适用性；第5章首次系统介绍杆件（1D）、薄板（2D）和薄壳（3D）结构失稳形态及临界载荷的解析；第6~8章分别按管坯、板坯和壳坯介绍实现应力场调控的工艺方法，同时给出大量案例。
本书的特点在于：通过塑性理论分析，把具体工艺问题抽象为合理的力学模型，推导出金属薄壳流体成形应力场分量的“定性半定量解析解”。所谓“定性”是指给出的函数关系式是正确的，其自身具有封闭性和自洽性，能反映具有普遍意义的一般性规律；“半定量”是指可能存在较大误差，但误差的量级在工程应用中可以接受，给出的结论可以深刻理解缺陷形成的力学机制，为发明新工艺指明方向和提供理论依据。

丛书序
前言
第1章绪论
1.1金属薄壳种类和特点
1.1.1薄壳定义和种类
1.1.2薄壳承载特性
1.2流体压力成形工艺简介
1.2.1成形原理
1.2.2流体压力成形工艺体系
1.3力学解析的重要性
1.4解析解的准确性
第2章塑性变形力学基本知识
2.1外力与内力
2.1.1外力
2.1.2内力
2.1.3载荷
2.1.4受力分析要点
2.2应力状态分析
2.2.1应力的定义
2.2.2双向应力状态
2.2.3主应力
2.2.4主应力状态图
2.2.5球应力和偏应力
2.2.6剪应力
2.2.7等效应力
2.3应变状态分析
2.3.1工程应变与真应变
2.3.2体积不变条件
2.3.3变形类型
2.3.4剪应变
2.3.5等效应变
2.4经典屈服准则
2.4.1特雷斯卡（Tresca）屈服准则及物理意义
2.4.2米塞斯（Mises）屈服准则及物理意义
2.4.3屈服轨迹及特殊点应力状态
2.4.4后继屈服和硬化曲线
2.4.5屈服准则应用的要点
2.5塑性本构关系
2.5.1弹性本构关系
2.5.2增量本构理论
2.5.3全量本构理论
2.5.4壁厚变化趋势
第3章各向异性金属变形理论
3.1金属各向异性现象
3.1.1板材各向异性现象
3.1.2管材各向异性现象
3.2厚向各向异性屈服准则和本构关系（单r值）
3.2.1经典各向异性屈服准则（单r值）
3.2.2经典各向异性本构方程
3.2.3r值的物理意义
3.2.4r值对壁厚变化的影响
3.2.5r值对变形载荷的影响
3.2.6剪切-拉伸屈服应力的定量关系
3.3面内各向异性屈服准则和本构关系（双r值）
3.3.1双r值屈服准则
3.3.2双r值本构关系方程
3.3.3面内各向异性对壁厚和载荷的影响
3.3.4经典屈服准则的不足
3.3.5多参数各向异性屈服准则
3.3.6任意方向屈服应力和r值的计算
3.3.7拉深制耳形成的力学机制
3.4r值对硬化曲线的影响
3.5负向变形理论假说
3.5.1-r值屈服轨迹的形状与特性
3.5.2反常变形行为预测
第4章薄壳力学解析方法与应力场调控原理
4.1坐标系和符号规则
4.1.1坐标系的选择
4.1.2符号规则
4.2基本假设及合理性
4.2.1基本假设
4.2.2基本假设的合理性
4.3近似主应力解析方法（正演法）
4.3.1解析步骤
4.3.2关键点
4.4半实验半解析方法（反演法）
4.4.1解析步骤
4.4.2关键点
4.5基于应力控制方程的调控原理
4.5.1应力控制方程
4.5.2壳体曲率方向定义
4.5.3应力控制方程调控方式
4.6基于应力约束条件的调控原理
4.6.1基于屈服准则的应力调控原理
4.6.2基于边界约束的应力调控原理
第5章金属薄壳失稳屈曲与起皱分析
5.1基本概念
5.2杆件（1D）的屈曲分析
5.2.1约束条件的影响
5.2.2截面形状与尺寸的影响
5.2.3材料性能的影响
5.3薄板（2D）的屈曲分析
5.3.1矩形平板
5.3.2圆形平板
5.3.3弯曲板
5.4薄壳（3D）的屈曲分析
5.4.1圆柱壳（薄壁管）
5.4.2网格加筋圆柱壳
5.4.3锥壳
第6章管坯内高压成形应力场解析与调控
6.1内高压成形过程与受力分析
6.1.1工艺过程
6.1.2模具结构与受力分析
6.1.3均布内压作用薄壁管受力分析
6.1.4工艺参数
6.2内高压成形过程应力场解析
6.2.1胀形区
6.2.2送料区
6.2.3圆角区
6.2.4屈服轨迹
6.3内凹构型预制坯的应力调控
6.3.1摩擦对圆角充填变形的影响机理
6.3.2内凹预制管坯环向应力调控
6.4薄壁管充液压弯应力调控
6.5内高压成形过程半实验半解析方法（反演法）
6.5.1波纹管成形分析
6.5.2球形扩径三通管件成形分析
6.6管坯任意方向r值测量方法
6.6.1环向r值测量原理
6.6.2典型管坯环向r值
6.6.3典型管坯任意方向r值
6.7大尺寸环形件液压胀形受力分析
6.7.1分块刚性模胀形受力分析
6.7.2液压胀形受力分析
6.7.3液压胀形残余应力调控
6.8双件变载内高压成形装备及生产线
6.8.1液体压力与体积协同控制系统
6.8.2大载荷合模力全量程可变加载控制系统
6.8.3双腔内压与多轴载荷协同控制系统
6.8.4第三代内高压成形装备与生产线
6.8.5生产线集成系统
6.9管坯内高压成形应用案例
6.9.1汽车行业应用情况
6.9.2航天行业应用情况
6.9.3航空行业应用情况
第7章板坯液压成形应力场解析与调控
7.1工艺过程与受力分析
7.1.1工艺过程
7.1.2受力分析
7.2圆筒件充液拉深应力场解析
7.2.1法兰区应力分析
7.2.2侧壁区应力分析
7.2.3筒底区应力分析
7.3充液拉深应力场调控
7.3.1充液拉深“有益摩擦效应”分析
7.3.2径向加压充液拉深分析
7.3.3反胀充液拉深分析
7.4椭球薄壳液压成形过程半实验半解析法
7.5充液拉深成形回弹分析
7.5.1回弹规律及液体压力影响
7.5.2液压抑制回弹机理分析
7.6板坯液压成形工艺参数计算
7.6.1充液拉深成形工艺参数计算
7.6.2液体拉-胀复合成形工艺参数计算
7.7板坯液压成形技术的工业应用
7.7.1火箭贮箱整体箱底
7.7.2火箭燃料分配器——整体五通件
7.7.3飞行器及发动机导流罩
7.7.4新能源汽车壳体——充电机壳体
7.7.5航空发动机整流罩壳体
第8章壳坯内压成形应力场解析与调控
8.1工艺过程与预制壳体结构
8.1.1工艺过程
8.1.2预制壳体结构
8.2球壳内压成形力学解析
8.2.1应力状态
8.2.2成形压力
8.2.3壁厚变化趋势
8.3椭球壳内压成形力学解析
8.3.1应力状态
8.3.2成形压力
8.3.3纬向应力拉-压分界角
8.3.4双母线椭球壳体积变化规律
8.4环壳内压成形力学解析
8.4.1应力状态
8.4.2成形压力
8.4.3扇形环壳胀形
8.5锥壳内压成形力学解析
8.5.1封闭锥壳
8.5.2开口锥壳
8.5.3锥壳成形工艺
8.6应力轨迹与统一成形工艺
8.6.1应力轨迹
8.6.2封闭壳体统一成形工艺
附录
附录A名词术语表（中英文）
附录B压力（压强）单位及其换算表
附录C液体反力工程快速估算法
附录D常用管材规格和单位长度质量
参考文献

极端制造是指在极端条件或环境下，运用先进制造技术及高端装备，制造极端尺度、极限精度、极高性能的结构、器件或系统，以及能产生极端物理环境或条件的科学实验装置，涉及机械、材料、光学、物理、化学、力学、数学等多个学科领域，具有跨学科交叉特色。极端制造的本质特征是尺度效应和环境效应，在极端尺度和极端环境下，材料、构件的物理性能将产生明显的非常规现象，甚至与现有物理学、材料科学和加工制造原理相悖。因此，必须研究相应的新原理、新方法和新技术，以满足高精度、高性能和高可靠性的要求，解决在极端环境下制造和服役的关键科学问题。
进入21世纪，各国纷纷布局极端制造的基础研究，开展极端制造领域的理论研究与实践对我国掌握极端环境下的制造技术具有重大的现实意义，是实现现代化工业强国目标的推动力之一。“极端环境条件下的制造科学问题”已经列入面向国家重大战略需求的国家自然科学基金优先资助领域。近年来，我国在极端制造领域成绩斐然，实现了多项重大科学问题的解决和关键技术突破，在相关领域展现出国内乃至国际范围内的领先研究成果和科研进展，为提升我国极端制造领域的前沿性技术实力和国际影响力奠定了坚实的基础。
在图书文献资料方面，目前我国尚无系统地介绍极端制造领域基础研究和实践应用成果的丛书。为此，在中国机械工程学会、机械工业出版社的支持下，我们组织了西安交通大学、大连理工大学、太原理工大学、中南大学等11所高等院校极端制造领域顶尖科研团队的30多位专家学者参与撰稿，他们系统、深入地总结了各自研究领域多年来的研究成果和实践应用，撰写了“极端制造系列丛书”。这是我国首套介绍极端制造理论、方法与技术的丛书，内容涵盖极大尺寸的巨系统制造、极高速装备制造、极小尺寸微纳制造、超精密制造、极高能量密度制造、极端环境下的制造或服役等多个领域，提出了极端制造环境下的一系列新理论、新技术和新方法，同时包含大量实践应用和翔实可复用的实验数据，具有突出的技术先进性及超前的方向引领性。该丛书的出版有助于增强我国在极端制造领域的科技创新能力，也将为科研人员、工程技术人员的研发与实践提供理论依据和可借鉴的研究方法、研究方向、研究思路，助力我国制造业创新人才培养和制造强国战略目标的顺利实现。
最后，祝贺“极端制造系列丛书”入选2025年度国家出版基金项目、中国机械工程学会高端学术著作出版计划项目、机械工业出版社高水平学术著作出版基金项目。
中国工程院院士
大连理工大学教授
金属薄壳结构是火箭、飞机和汽车等运载装备的关键结构，而且应用面广，其数量占比达50%以上。新一代飞行器和新能源汽车不仅要求大幅提升轻量化水平，同时还要求大承载、高可靠和长寿命。但是，传统的拼焊结构无法同时满足这些严苛的服役要求，因此实际应用中对整体化薄壳结构的需求迫切。然而，整体结构却带来大尺寸弱刚性、特殊形状约束强和壁厚相对超薄的极端挑战，极易导致失稳起皱、变薄破裂和壁厚不均的严重缺陷，成为制约整体成形的瓶颈难题和国际竞争前沿。围绕该重大难题，本书作者历经三十余年的持续研究，提出流体成形应力场调控理论与方法，带领团队创立中国独有的流体压力成形理论与技术体系。研究成果成功应用于新一代航空航天装备及新能源汽车关键构件的批量生产，推动我国金属薄壳整体成形技术进入国际领先行列。
本书系统介绍了流体成形应力场调控理论的力学原理、针对不同结构实现的工艺方法，以及大量成功应用实例。全书共8章，第1章介绍金属薄壳流体成形技术分类和体系，重点论述解析解的重要性；第2章简要介绍塑性变形力学基本知识，主要涉及双向应力状态（平面应力状态），适合非材料加工工程专业读者学习参考；第3章重点从物理意义角度介绍各向异性金属变形理论，给出许多新的研究结果；第4章论述应力场调控理论的核心思想，基本假设及其适用性；第5章首次系统介绍杆件（1D）、薄板（2D）和薄壳（3D）结构失稳形态及临界载荷的解析；第6~8章分别按管坯、板坯和壳坯介绍实现应力场调控的工艺方法，同时给出大量案例。
本书的特点在于：通过塑性理论分析，把具体工艺问题抽象为合理的力学模型，推导出金属薄壳流体成形应力场分量的“定性半定量解析解”。所谓“定性”是指给出的函数关系式是正确的，其自身具有封闭性和自洽性，能反映具有普遍意义的一般性规律；“半定量”是指可能存在较大误差，但误差的量级在工程应用中可以接受，给出的结论可以深刻理解缺陷形成的力学机制，为发明新工艺指明方向和提供理论依据。
本书由我执笔撰写和绘制草图。崔晓磊负责全书图表和公式符号整理的统稿工作，并指导博士研究生孙乾翕、朱元谱、孙文等完成辅助工作。林艳丽、刘伟等也参与了资料收集与整理工作，在此一并表示衷心感谢。感谢中国机械工程学会“高端学术著作出版计划项目”对本书的支持。
因时间和水平所限，本书内容难免有疏漏和不足，敬请广大读者不吝赐教，以便后续做修正。
苑世剑