随着塑性流动理论以及塑性成形规律的日臻完善,金属塑性加工技术已在国内外制造业领域中占据重要位置。材料的开裂作为金属塑性成形中最常见的失效模式而备受关注,成形过程中的断裂预测也成为塑性加工领域热点研究课题。近年来,众多断裂预测模型被相继提出。其中,非耦合韧性断裂准则由于其函数形式简单,参数标定简单易行,所得精度能满足工业生产要求,因而得到了更为广泛的应用。一方面,依赖于数值模拟技术,有限元仿真成为了材料加工过程中进行失效分析的有效工具,准确的断裂准则及材料硬化模型对模拟预测精度的保证至关重要。另一方面,针对单调加载条件的断裂预测研究已取得突破性进展。然而,很多适用于单调加载条件的断裂准则在用于复杂加载工况时预测精度仍有所不足,因此针对变路径加载条件下的断裂预测仍需进一步完善。对此,本文设计了一系列变路径加载试验,确定了实验材料的硬化模型,并辅以相应的数值模拟。基于实验与模拟相结合的方式,对非耦合断裂准则DF2012的适用性进行了评估;在此基础上,对该准则作了修正和拓展,并进行了实验验证。主要内容如下:(1)AA2024材料硬化模型参数的确定。根据单轴等应变拉-压循环试验的应力-应变滞回曲线获得了Chaboche混合硬化模型的随动规律,并结合光滑圆棒料单拉试验确定了适用于大应变-变路径加载条件下的Chaboche混合硬化模型参数;采用Swift模型外推了AA2024流动应力曲线,用以对比不同硬化模型对断裂预测精度的影响。在此基础上,基于一系列扭-拉、压-扭复合加载试验,分析了变路径加载工况在不同硬化模型假设下的材料硬化行为。(2)非耦合韧性断裂准则DF2012在复杂加载工况下的适用性评估。对比了积分形式损伤累积模型及基于疲劳的损伤累积模型的预测能力。接着,分析了预加载对断裂极限的影响,通过引入预应变项对韧性断裂准则予以修正,可改善该准则对于起裂点的预测精度。(3)综合基于应力的断裂极限准则以及基于疲劳的损伤累积方式的特点,构建了混合应力-应变断裂预测模型,给出了该模型的理论预测方法及参数影响规律,并将该模型应用于11组变路径加载实验进行模型验证。研究发现,混合应力-应变断裂预测模型可以消除应变历史的影响,提升复杂变路径加载条件下的预测精度。