在工业生产过程中,材料由于发生韧性断裂导致零件直接报废的现象十分常见,因此采用数值模拟方法预测材料在成形过程中的起裂位置、起裂时刻以及裂纹扩展方式至关重要。数值模拟结果的准确性依赖于所选取的材料本构模型以及韧性断裂准则。总结现有文献,材料硬化模型主要包括各向同性硬化、随动硬化与混合硬化三类,韧性断裂准则大致可以分为耦合与非耦合两类。材料的断裂形式及机理与应力状态密切相关,在工业生产及零件服役过程中,材料往往处于复杂加载路径条件下。而当前大多数针对断裂模型的研究都集中在比例加载条件下,并相应地采用结构简单的各向同性本构模型。适用于比例加载条件下的韧性断裂模型在变路径加载条件下的适用性有待进一步评估,材料在变路径加载条件下的硬化行为与断裂机理研究也有待进一步研究。本文首先设计了单轴等应变控制的拉压循环试验,得到了相应的应力-应变循环滞回曲线,结合光滑圆棒标准单拉试验,估计了Chaboche混合硬化模型初值。采用控制变量参数调试方法,研究了各材料参数对混合硬化模型真实应力-应变曲线的影响规律,最终建立了Al2024单背应力混合硬化模型。同时根据标准单拉试验结果,采用有限元迭代方法确定了圆棒颈缩之后的应力-应变曲线,在此基础上用Voce++完成了流动曲线外推,建立了Al2024各向同性硬化模型。基于确定的各向同性硬化和混合硬化两种材料模型,运用ABAQUS/Explicit建立了一组宽应力三轴度变路径加载试验的仿真模型,并将L-H断裂准则耦合入用户子程序VUSDFLD完成了相应的平行模拟计算。通过对比模拟与试验载荷-位移/扭角曲线,研究了变路径加载条件下材料的硬化行为,并评估了硬化模型对L-H准则在变路径加载条件下适用性的影响。研究结果表明,随着预加载的增强,L-H准则的预测精度逐渐下降,以恒定的参数,L-H断裂准则并不适用于大预变形的变路径加载过程成形极限的预测。采用相同的参数确定方法,硬化模型对L-H断裂准则预测精度的影响不大,与各向同性硬化模型相比。混合硬化模型更能准确描述材料在变路径加载条件的硬化行为。通过变路径加载试样断面的宏观与微观形貌观察,研究了复杂加载条件下材料的韧性断裂形式与损伤演化机理。对于拉-扭试样,材料的韧性断裂机制为拉-剪混合型断裂。随着预扭作用的增强,断裂起始点从试样中心向外缺口弧线转移,剪切断裂逐渐取代拉伸断裂成为主导的断裂模式。对于拉-压试验,材料的断裂机制为纯剪断裂,主要模式是细观剪切平台的汇聚,且断裂起始点均位于缺口弧线。