本文以具有强织构的AZ31镁合金热轧板材和商业纯钛板为研究对象,利用十字形双轴拉伸试验和EVPSC-TDT晶体塑性模型,对双轴应力加载过程中的力学响应,微观变形组织,织构演化和塑性变形机理等进行系统表征与分析。本文首先利用ND-TD双轴拉伸试样研究了镁合金双轴应力状态下的孪生行为并验证了施密特定律在双轴加载条件下的适用性。在此基础上,利用沿着45°和45°（TD-ND）双轴拉伸试验以及EVPSC-TDT晶体塑性模拟,研究了滑移与孪生的竞争行为以及该竞争行为对流变应力曲线的影响。随后,利用沿着RD和45°（TD-ND）双轴拉伸试验系统地研究了滑移之间的竞争行为。紧接着,以具有典型双峰织构的商业纯钛板为研究对象,研究了 CP-Ti在RD-TD双轴拉伸条件下的滑移和孪生行为。并对其相关机制进行深入和系统的讨论。本论文的研究结果表明:①AZ31镁合金沿TD-ND的双轴拉伸变形中,双轴加载条件下的施密特定律比单轴条件下更有效的,且随着应力比值的增大,施密特定律的有效性也逐渐增加。施密特定律在双轴拉伸时的有效性比单轴拉伸时的高,主要因为双轴拉伸应力状态增大了六种孪晶变体施密特因子（SF）之间的差距,并且随着TD应力比的增大,变体之间的SF差值也逐渐增大。拉伸孪生变体的选择与双轴应力比密切相关。在双轴加载下,变体（0（?）12）[01（?）1]和（01（?）2）[0（?）11]最容易启动,且所占比例随着TD应力比的增加而增加,其原因在于TD应力的增大对这两类变体的SF几乎没有影响,但会显著降低其他四个变体的SF。与单轴加载不同,双轴加载条件下的{10（?）2}孪晶体积分数还受到退孪生的影响,退孪生对孪晶体积分数的影响还与双轴应力比有很大关系。当TD的应力比值较低时,很大一部分c轴在TD附近的孪晶启动,此时沿TD的拉伸应力将会导致退孪生,使得孪晶体积分数降低。与之相反,当TD的应力比值较高时,使得c轴朝向接近TD的孪生变体难以启动,退孪生难以发生。②沿着镁合金板材45°和45°双轴加载条件下的主导变形机制为基面滑移和{10（?）2}孪生,且随着双轴应力比的增加,基面滑移所占的比例逐渐增大,孪生的活性逐渐降低。这两种变形机制的竞争主要受到施密特定律控制。双轴拉伸下,x轴和y轴应变特征随应力比值变化而发生改变:当σ45:σ45=1:1或1:1.5时,两个方向的应变皆为正;当σ45:σ45=1:3时,应力较大的方向产生拉伸应变,应力较小方向产生压缩应变,在σ45:σ45=1:2加载条件下,随着应变的增加,x轴应变首先出现负向应变,随后产生正向应变。由于孪生具有极性,其协调应变为单向的,位错滑移可协调双向应变,随着x轴方向应力比逐渐增加,孪生的对塑性变形的贡献也逐渐增加,导致出现上述双轴方向应变随应力比变化而发生变化的现象。③沿AZ31镁合金RD和45°双轴加载条件下的主导变形机制为基面滑移和柱面滑移。随着RD方向应力增加,基面滑移活性降低,柱面滑移的活性增加,基面滑移和柱面滑移活性转变基本符合施密特定律。塑性变形过程中伴随有少量孪生变形,孪生的活性与应力比有密切关系,即随着双轴应力比的降低,孪生活性先减小后增大,主要原因在于RD应力较小时未启动柱面滑移,对孪生启动起到约束作用,RD应力较大时激发柱面滑移启动,对孪生的抑制作用消失。流变应力曲线的塑性应变与双轴应力比有密切关系,其机制是应力比改变影响了基面滑移和柱面滑移的活性,RD应力比较低时,基面滑移占主导,产生沿45°方向正应变及RD负应变,当RD应力足够大时,柱面滑移启动,两个方向同时形成正向应变。④沿RD-TD双轴拉伸时,纯钛的孪生和滑移行为与单轴应力下显著不同:与单轴应力状态相比,等比例加载条件下锥面滑移的比例增加,柱面滑移受到抑制,这主要是因为柱面滑移的SF值减小导致的;在双轴加载条件下有43%的晶粒出现了多种滑移系,然后在单轴加载条件下这种比例只占到了 15%和25%,多滑移系的产生是因为严格的外部应变导致的。对于孪生来说,单轴加载条件下的孪生行为与双轴加载显著不同:在等比例拉伸条件下,在c轴偏离ND方向角度较大的晶粒中,拉伸孪生的SF较高,但是在晶粒中启动的却是SF较小甚至是负的压缩孪生,其主要原因在于外部应变在双轴加载条件下孪生模式的选择中起到了更为主要的作用。