板料塑性成形是重要的金属成形工艺之一。多晶体金属板材的宏观力学性质依赖于其内部微结构特性,板材的强度和成形性能同自身的晶体结构密切相关,特别是塑性流动过程中组成晶体材料的晶粒方位的取向分布及位错滑移的特点。为了更好地描述材料微结构对宏观力学性能的影响,组织性能演化已成为目前数值模拟的前沿和热点。晶体塑性理论将材料的微结构特征引入到描述板材成形过程数值模拟的本构框架内,由晶粒的细观响应得出板材的宏观塑性力学性能。正是由于在描述材料微观结构特征上的独特优势,晶体塑性理论的应用领域越来越广泛。本文以晶体塑性理论为基础,采用计算模型、理论分析、实验验证相结合的方法,从细观角度研究了晶体取向、晶粒尺度上的不均匀塑性变形及微观织构演化等对金属板材塑性变形及损伤行为的影响。主要研究内容和结果如下:为了分析微成形中广泛出现的表面层晶粒软化效应,建立了面心立方(FCC)多晶体的3D有限元模型,各个晶粒分别赋予不同的取向,采用单元之间的边界模拟晶界的约束;模拟了不同晶粒相对尺寸的FCC多晶体材料单向拉伸过程的应力应变响应,对模拟结果进行了统计分析;结果表明:采用多晶体塑性模型能很好地描述晶粒取向分布和晶界约束的影响,从而解释表面层晶粒软化这种尺度效应产生的细观机理和特点。分析了铝单晶压缩实验中孔洞的变形规律,通过与实验对比,确定了晶体塑性模型模拟结果的有效性。建立了3D单晶胞元和双晶胞元模型,对不同取向的FCC晶体中的球形孔洞的演化进行研究,结果表明:晶体取向、晶界方向及加载方向是影响孔洞形状、孔洞生长方向、孔洞加速聚合以及裂纹形成的重要因素;采用晶体塑性模型能从细观角度很好地描述金属塑性加工过程中材料的细观损伤演化规律,建立起晶粒层次的孔洞细观损伤和各向异性材料宏观断裂之间的联系:即晶体取向不同使得孔洞周围相邻区域开动的滑移系不同,引起晶粒尺度上的不均匀塑性变形,这种不均匀变形导致裂纹形成。该模型可应用于晶粒数量较少的微细塑性成形过程的损伤破裂分析。将晶体塑性本构与M-K模型结合,引入多晶体织构,首先研究了FCC多晶体板料在线性应变路径下的成形极限,揭示了初始缺陷、率敏感系数、硬化参数、初始织构及塑性变形导致的织构演化对多晶体材料FLD的影响规律;通过与宏观塑性模型相比,结果表明,由于晶体塑性理论考虑了材料初始织构及变形诱导的织构演化对极限应变的影响,能更好地预测各向异性金属板料的成形极限。然后,研究了BCC多晶体的成形极限,分析表明潜在硬化使成形极限曲线降低,在双轴拉伸变形中尤为明显。用晶体塑性理论分别进行了无预应变路径以及三种预应变路径(单向拉伸预应变、双向拉伸预应变、平面预应变)下的板料成形极限的数值分析,从细观的角度分析了金属板料的织构在塑性变形中的演化对极限应变的影响。设计了单向拉伸预应变路径下金属板料的成形实验,对非线性应变路径下的分析结果进行了验证。结果表明,预变形中产生的织构演化和各滑移系的不同硬化能使板材的成形极限发生改变,采用晶体塑性理论能够较好地预测和解释这种晶体微观结构对成形极限的影响,对塑性加工中复杂应变路径下板料成形缺陷的预测具有参考价值。