汽车零部件是整车重要组成部分,然而伴随着用户需求多元化及汽车制造商对零部件成型要求越来越高,以往的薄板成型显式有限元算法无法满足软材料、深拉伸等特定应用场景,极易出现穿透等缺陷现象。同时,由于传统硬件设备的限制,大规模问题的有限元计算存在效率低以及稳定性差等问题,成为汽车CAE分析的关键瓶颈。虽然基于数值计算的仿真系统趋于完善和成熟,但是在处理大规模有限元问题中,仍然暴露出计算精度不足、计算效率低以及鲁棒性差的缺陷,因此提高有限元分析的计算效率与大规模问题的计算稳定性研究是十分必要和紧迫的。本文的主要工作就是将基于GPU设备的并行计算技术应用到显式有限元分析计算中,开发出涵盖动态非线性计算与真空成型计算并支持可视化操作的高效有限元仿真系统。具体的工作和成果如下:（1）首先,基于薄板成型数值理论基础并根据GPU硬件架构,对薄板成型有限元算法的各个流程进行了详细的可并行性分析。接着,分别对节点接触力、摩擦力、单元内力、时间步长的求解以及节点物理量更新等流程实现了基于GPU的细粒度并行计算。最后,通过椭球盒模型和不同规模的杯突模型对本文提出的薄板成型显式有限元并行计算方法进行验证,计算结果显示:板料成型均匀、计算过程稳定;和CPU串行计算相比,GPU并行计算可实现超过5倍的加速比。（2）其次,在真空成型有限元算法中引入防御节点法对板料接触力进行高效计算,该方法既不需要额外指定罚因子,也不需要减少时间步长来保证计算过程的稳定性,相比于其他接触力算法具有很大优势。接着,使用商业LSDYNA软件和本文自主仿真系统对同一椭球算例进行对比验证,结果表明在薄板处于深拉伸与大变形的塑性变形状态时,LSDYNA计算结果出现部分穿透现象,而本文自主系统计算结果的薄板成型状况十分稳定,应力分布情况较为均匀。此外,由于不受显式迭代步的影响,引入该方法可实现更高的计算效率,绝对加速比达到2.4。（3）再次,将真空力等效为单元上的均布载荷再离散至节点,提出了完整的薄板真空成型显式有限元计算方法。并使用杯突模型进行模拟计算,探究了不同真空负压值对于板料成型过程的影响。冲压成型和真空成型程序的计算结果显示:真空成型计算结果在杯突模型底部转折处的应力分布值更低,出现拉裂等成型缺陷现象的概率也更低,表明本文提出的真空成型显式有限元计算方法具有较高的计算精度与稳定性。（4）最后,对算法中的时间步长、离散后的节点力、节点物理量的更新等计算部分,分别采取GPU线程与单元、节点以及自由度一对一的FTTE（From Thread To Element）、FTTN（From Thread To Node）、FTTD（From Thread To Degree）并行策略,实现了基于GPU的真空成型显式有限元并行计算。通过数组指针向量化,实现了矢量化内存对齐访问,大大减少了读取及写入数据的始终周期。在实现真空成型有限元串行程序及并行程序的基础上,开发出了真空成型有限元仿真系统可视化操作界面,其框架分为数据及材料模块、真空控制模块、作业提交模块以及结果显示界面四部分,极大地提升了系统的易用性。最后,采用杯突数值算例对仿真系统的进行计算测试,结果表明:与CPU串行计算相比,本文提出的GPU并行计算方法的精度损失几乎为0,并且可以实现较高的加速效果,绝对加速比达到6.5倍。