自从美国麻省理工学院D.B.Spencer等学者发现锡-铅合金半固态触变性能后，半固态技术的研究和应用得到了迅速发展。半固态加工是材料在液相线和固相线温度之间通过施压加工成最终零件。半固态技术的特点是：半固态应用范围广泛；充型平稳，无湍流和喷溅，加工产品缺陷大大减少；与铸造相比，减轻了对模具的热冲击，大幅度提高了模具寿命；成形件表面平整光滑，制件内部组织致密，内部气孔、偏析等缺陷少，微观组织晶粒细小，力学性能高等。 到目前为止，与半固态加工技术的相关基础理论及其在工业应用方面的研究还不够完善，有待进一步探索和创新。本文主要研究了有色合金半固态触变挤压成形数值模拟技术和挤压组合凹模优化设计方法，旨在丰富和完善半固态触变成形理论，推动半固态技术在工业上的应用。本文所做的工作主要有以下几方面： 建立了一种新的半固态固相体积分数公式。这种半固态固相体积公式不仅包含温度变量T，而且包含了合金元素含量变量C，因此，大大扩大了半固态固相体积分数公式的应用范围。例如，仅用一个计算公式就能计算出所有合金元素Pb含量小于67.4％的Mg-Pb合金的固相体积分数。 建立了ZL101铝合金半固态固相体积分数与加热温度的关系式。实验研究了加热温度、保温时间和加热速度对半固态固相体积分数的影响。在实验数据的基础上，得到了ZL101合金半固态固相体积分数与加热温度的关系式。 提出了半固态表观粘度的两段半抛物线拟合插值新方法。对于某一剪切速率γk，先用两段半抛物线拟合半固态金属表观粘度与固相体积分数的关系曲线-ηa(fs)=ψ(f，γk)；再通过插值得到半固态金属表观粘度与固相体积分数和剪切速率的关系曲面ηa(fs，γ)=ψ(fs，γ)的计算值。 设计了用于半固态表观粘度仿真的两层BP神经网络。根据半固态表观粘度和BP神经网络的特点，设计了用于半固态表观粘度仿真的两层BP神经网络。并对Sn-15％Pb和Al-4.5％Cu-1.5％Mg合金半固态表观粘度进行了仿真计算，取得了较高的计算精度。 进行了铝合金半固态坯料加热有限元数值模拟和实验研究。分别采用一段和两段加热工艺规范，恒温保温和降温保温工艺，对ZL101铝合金半固态坯料加热进行了有限元数值模拟和实验研究。在模拟和实验的基础上，作者提出了降温保温新的加热工艺方法。实验和模拟结果都证明了降温保温工艺既有利于缩短加热时间，又有利于半固态坯料加热温度更均匀的结论。 建立了ZL101铝合金半固态流动应力公式。对ZL101铝合金半固态流动特性进行了实验研究，在试验数据的基础上，利用最优化方法得到了ZL101铝合金半围态流动应力与应变速率和变形温度的关系式。 进行了铝合金半固态触变成形热-力耦合有限元数值模拟和试验研究。用铝合金合金半固态坯料二次加热有限元数值模拟的温度场作为初始温度条件，用刚(粘)塑性有限元法对ZL101铝合金半固态触变镦粗和触变挤压进行热-力耦合有限元数值模拟，同时进行了实验研究。有限元模拟结果与实验结果有较好的吻合。热-力耦合有限元模拟Al2024合金半固态触变正挤压成形的结果显示：变形区主要集中在挤压凹模的锥形部分；在凸模处和挤压凹模小端的半固态坯料的变形量非常小，主要呈刚体位移。 提出了一种脉冲循环内压厚壁圆筒疲劳强度设计准则。利用Sines方法将脉冲循环内压厚壁圆筒的多向应力问题转化为等效的单轴循环应力，再利用Soderberg疲劳理论提出了一种包含了应力集中系数、尺寸系数和零件表面加工系数、工作介质系数在内的脉冲循环内压厚壁圆筒疲劳强度设计准则。 建立了一至三层组合挤压凹模的优化设计数学模型。推导出了三层组合挤压凹模各层内表面应力计算公式：从理论上证明了组合凹模各层的疲劳强度校核点在组合凹模各层的内表面上；分别建立了以提高组合凹模承载能力和减少组合凹模尺寸为目标的疲劳强度优化设计数学模型。得到了如下结论：①没有必要使用三层以上的组合凹模；②组合凹模的外半径没有必要大于其内半径的四倍等。对Al2024合金半固态触变挤压成形用的凹模进行了疲劳强度优化设计。 探讨了半固态触变加工工艺参数优化设计，建立了半固态触变加工工艺参数优化设计数学模型。