混合硬化弹塑性本构模型和率相关晶体塑性模型分别从宏观和细观尺度描述晶体材料的变形行为，反映了材料的各向异性屈服、塑性各向异性及率相关性特征，在先进塑性成形理论与技术研究发展中发挥着不可替代的作用。然而，这些本构模型数值化难度大，计算效率低，严重制约了它们在有限元模拟中的应用。因此，本文对宏细观本构理论进行了系统深入的研究，提出了宏细观本构关系简化模型，并对其数值化实现的关键技术提出了合理的处理方法，发展了相关的高效算法，基于ABAQUS／Explicit平台开发了用户材料子程序，并成功地应用这些模型对环件冷辗扩成形过程进行了有限元模拟研究。本文的主要研究内容和获得的结果有以下几个方面。在弹塑性本构框架中引入各向同性硬化系数，建立了混合硬化弹塑性本构模型；提出了基于弹性张量的应力补偿更新算法，提高了本构模型的求解效率。以此为基础开发了用户材料子程序，从而成功实现了对变形过程中材料包辛格效应的有限元模拟，为研究复杂加载条件下材料的各向异性硬化行为提供了有效手段。基于Kalidindi率相关晶体塑性模型，建立了中间构形中以积分点应力为主变量的隐式增量模型。设计了两水平求解策略，简化了求解过程，提高了求解效率。进而提出了以滑移系剪应变增量为主变量的隐式增量模型，克服了两个水平间迭代收敛困难的缺点。应用自动修改同伦的延托算法求解这两个模型，增强了计算的稳健性，成功实现了在大变形、大应变率和大时间步长条件下应用率相关晶体塑性模型对包含加载和卸载的复杂成形过程的三维有限元模拟。另一方面，应用Taylor级数展开对滑移系非线性流动法则线性化，基于合理的简化，提出了率相关晶体塑性的显式增量模型，并采用全主元高斯消去法进行求解。该模型和算法从根本上克服了率相关晶体塑性模型数值求解的困难，从而大大提高了计算效率。这使得以往必须在多CPU的工作站或机群上才能实现的计算，在个人计算机上变得可行。在晶体塑性模型中引入随体坐标系，简化了对晶粒取向演化的计算，以此为基础开发了用户材料子程序。镦粗和筒形件拉深等体积和板料成形过程的数值模拟及其试验验证表明，以上率相关晶体塑性模型及其隐式和显式算法都是可靠的。结合所开发的混合硬化弹塑性本构子程序和隐式率相关晶体塑性本构子程序，在ABAQUS／Explicit平台上对环件冷辗扩成形进行了系统的三维有限元模拟研究，揭示了宏细观材料参数以及塑性各向异性和率相关性行为对该成形过程的影响规律。