轨道车辆主要在信号系统的引导下运行,发生事故的概率要远远低于其它交通运输工具,但在道岔故障、线路故障、车辆故障等偶然因素作用下,轨道车辆仍然存在发生脱轨、碰撞等事故的可能性。轨道车辆采用多编组连挂的方式运营,在地震等偶然因素导致列车脱轨后,各节车厢间会产生一系列相互碰撞,造成车辆之间发生爬车、倾覆、挤压等破坏,导致巨大的人员伤亡和财产损失。如何利用车身的材料在极端脱轨的情况最大限度的保护乘客的安全值得深入研究。采用有限元的方法对列车的碰撞过程进行模拟可以降低研发成本,缩短研发周期。但是有限元软件在实际应用中仍存在很多问题,造成有限元计算的结果与实际结果存在较大的差异的主要原因是由于在有限元建模时缺乏描述材料发生变形行为的本构关系以及描述材料失效和断裂的损伤模型。基于此,本文通过大量的试验研究以及断裂损伤模型对比,建立了可以准确描述301L-DLT奥氏体冷轧不锈钢在不同应力状态下发生变形的本构关系,并通过断口的细观结构损伤观察,研究了金属材料韧性损伤的演化规律,为正确使用有限元法进行车体碰撞的模拟提供了充分的数据基础。本文主要基于以下几个方面进行研究:论文首先对引起金属材料微孔洞韧性断裂的内部韧带颈缩机理和微孔洞剪切机理进行研究,讨论了初始孔洞体积分数、应力三轴度、Lode角系数对韧性断裂的影响,为后续试验的设计提供了理论基础。为了研究材料各向异性对试验及数值结果模拟的影响,对标准试样进行了拉伸试验,设计了拉伸方向与轧制方向成0°、45°、90°的三种试样,并分别进行拉伸试验,根据试验的结果得到材料的各向异性影响,并对试样的断口形貌进行电镜观察,基于细观损伤对断裂过程进行分析。研究发现:轧制方向对301L—DLT不锈钢弹塑性力学性能的影响小,在进行有限元模拟时,材料的各向异性效应可以被忽略,为后续试验的设计和理论的研究提供了基础;通过电镜观察可以看出,拉伸试样的断裂方式是韧窝之间的剪切断裂所致。为了进一步研究301L-DLT奥氏体冷轧不锈钢的断裂过程及其与应力三轴度、Lode角系数之间的关系,本文设计了3种带缺口试样以及4种带双面凹槽试样,并分别进行拉伸试验与有限元分析。通过对断口形貌的电镜观察得到,断口中心布满韧窝,断裂面为的典型韧性韧窝断裂,是一种具有高应力三轴度的典型韧性断裂。分别采用G-T-N模型和J-C模型对带缺口试样和凹槽试样进行有限元分析,研究高应力三轴度与Lode角系数在断裂过程中的变化过程以及对于断裂的影响。根据分析结果与试验数据的对比看出,两种模型均较好的重现了拉伸试验中的韧性断裂过程;证明了当拉伸试验涉及高应力三轴度时,采用J-C断裂模型和G-T-N断裂模型进行数值模拟均可以得到比较理想的断裂仿真结果。通过设计4种双缺口剪切试验以及穿孔试验,并结合有限元仿真,对剪切试样断裂起始点的断裂应变、应力三轴度、Lode角系数与材料塑性应变的关系进行研究,讨论了不同应力三轴度对于断裂的影响。研究表明,4种角度的双缺口剪切试样的在断口附近的应力三轴度分布为0~0.9,Lode角系数也有较大差异,其分布范围是0.27~0.96;基于J-C模型与G-T-N模型的数值模拟与试验结果相比误差均较大,其主要原因是以剪切带孔洞的聚合导致的剪切断裂与J-C模型假设的断裂应变随着应力三轴度的增大而单调递减,将韧窝断裂定义为断裂的主要形式以及G-T-N模型假设的韧窝孔隙的生长预测明显不同。根据G-T-N模型与J-C模型对于以剪切断裂为主的断裂形式模拟不准确问题,提出了一种修正的J-C断裂模型,该模型将Lode角系数引入J-C模型。应用修正后的J-C模型对几种试验试样进行模拟及对比,可以看出,修正后的J-C模型对于高应力三轴度的模拟具有较高的准确性,对于以剪切为主要断裂形式的低三轴度的断裂过程也有较高的准确性。修正后的J-C模型与基于韧窝孔隙生长原理的G-T-N模型相比,在预测剪切断裂的过程相比在精度上有明显的优势。这也更加合理的解释了剪切断裂过程中剪切带的聚合断裂现象。本文以301L-DLT奥氏体冷轧不锈钢在不同应力状态下材料的损伤和断裂行为进行研究,探索了以轨道列车车体韧性金属的断裂行为表征试验建模与参数标定的一般性流程。