随着能源危机的加剧,汽车行业对轻量化有着迫切的需求,促进了使用铝合金板材来代替传统钢板。然而,铝合金板材室温成形性能低且韧性差,导致了铝合金复杂零件在多轴加载和多阶段加载的成形过程中容易产生破裂失效,尤其是剪切破裂失效,限制了铝合金板材在汽车复杂零件上的应用。为了解决此类问题,同时充分挖掘出铝合金板材的变形潜力,需要深入了解铝合金板材在简单剪切到等轴双拉之间的多轴加载和多阶段加载下的力学行为和破裂极限。目前,最常用的试验方法是双向十字拉伸,然而该方法通常只能实现单拉到等轴双拉之间的加载路径,无法用于研究剪切破裂失效问题。鉴于此,本文中采用拉剪双轴加载的试验方法,系统地研究了6K21-T4铝合金板材在多轴加载和多阶段加载下的力学行为和破裂极限。本文的研究不仅可以为铝合金板材成形工艺的研发提供理论指导和技术支撑,还可以促进金属板材多轴加载和多阶段加载试验技术的进步。首先,通过研发的伺服电机驱动的拉剪双轴加载系统,实现了精确控制的拉剪双轴加载方法,在此基础上,提出了更适合于铝合金等轻质材料拉剪双轴测试的试验技术,通过拉剪双轴加载实验的有限元模拟证明了该试验技术用于双轴加载下塑性变形力学行为研究的有效性。获得了6K21-T4铝合金板材在不同拉剪双轴比例加载下的屈服轨迹,并与现有屈服模型的进行了对比,发现Hill48屈服模型可以较好地预测该铝合金板材在不同拉剪双轴比例加载下的屈服行为。其次,为了实现多种不同预应变路径的两阶段加载下力学行为的测试,提出了一种以拉伸和剪切双轴加载作为预加载方式的两阶段加载的试验方法。通过不同加载条件下试样的应变场均匀性、单位体积塑性功的计算准确性和应变路径的有限元分析确定了适合于这种两阶段加载试验方法的试样。证明了只需要改变作用在新设计的试样边界上的加载条件,就可以实现简单剪切到平面应变拉伸之间任意预应变路径的两阶段加载下力学行为的测试,拓宽了现有两阶段加载下力学行为测试试验方法的预应变路径范围。采用所提出的试验方法,获得了6K21-T4铝合金板材分别经过平面应变拉伸、剪切加载和载荷比为1的拉剪双轴复合加载这三种不同加载方式的预变形后硬化行为和力学性能的演化规律,并通过对预变形后试样位错组态的观察,揭示了相应的微观机制。为了研究6K21-T4铝合金板材在不同拉剪双轴比例加载下的破裂极限,提出了椭圆形肩部边界的优化蝶形试样。实验结果表明不同拉剪双轴比例加载条件下优化蝶形试样的破裂位置几乎都位于标距段的中心,使得采用该优化蝶形试样能够真实地确定不同应变路径下的破裂极限应变,并获得了简单剪切到平面应变拉伸之间的破裂型成形极限曲线,将传统破裂型成形极限曲线拓展到了简单剪切到单轴拉伸的应变路径范围内。同时研究了三种韧性断裂模型(Lou-Huh 2012、MMC3和Hu-Chen)对该板材在简单剪切到平面应变之间多种不同准线性应变路径下破裂极限的预测能力,结果表明Hu-Chen准则能提供最高的预测精度。最后,为了研究预应变路径为简单剪切到单轴拉伸之间的非线性应变路径下不同应变状态范围内的破裂极限,提出了一种仅采用优化蝶形试样的两阶段加载的试验方法。对6K21-T4铝合金板材进行了两阶段拉剪双轴加载试验,证明了采用所提出的试验方法可以有效地确定上述非线性应变路径下的破裂极限应变,并且研究了加载路径变化对该板材破裂极限的影响。结合非线性损伤累积准则还研究了四种韧性断裂模型(本文中提出的一个新模型、Lou-Huh 2012、MMC3和Hu-Chen)对该板材在非线性应变路径下破裂极限的预测能力,结果表明所提出的新模型结合非线性损伤累积准则具有较高的预测精度。