金属板料成形技术是重要的近净成形制造技术之一,广泛应用于汽车工业等领域。环境保护和燃油经济性对汽车工业提出了轻量化的要求,因而高强度和高硬度的先进高强度钢板材在汽车工业中的应用越来越广泛。先进高强钢边缘破裂(Edge cracking)是制约其应用的典型问题。同时,冲切等分离工序,也会对后续的边缘变形产生不可忽视的影响。本文采用理论分析、数值仿真和扩孔、拉伸翻边实验相结合的方法,系统地研究了考虑冲裁历史的边缘拉伸失效现象,并探讨了材料的力学性能和边缘几何形状等因素对包含初始损伤的边缘拉伸性能效果的影响规律。研究取得了如下成果:针对三维体单元模拟效率低的问题,基于壳单元模型建立了考虑冲裁历史影响的扩孔模拟方法,提高了模拟效率。采用改进的韧性断裂准则阈值计算方法计算Oyane准则的阈值。利用ABAQUS/Explicit软件,基于二维轴对称模型实现先冲裁后扩孔的全过程模拟研究。电镜观察冲裁断面结果与数值仿真结果的对比验证了Oyane准则的适用性。基于冲裁过程的模拟结果,将板料的残余损伤值先后嵌入基于二维轴对称模型和三维壳单元建立的模型中,实现了考虑冲裁历史的数值模拟。针对变形历史对边缘破裂的影响,建立了一套评价包含初始损伤的边缘拉伸成形效果的分析方法。基于M-K理论中引入损伤的方法和Hill局部缩颈理论,通过扩孔模拟提出了评价初始损伤对材料边缘拉伸成形能力影响的指标—等效失效应变比率EFSR(Effective Failure Strain Ratio)。通过比较不同初始损伤条件下边缘处的最大周向应变,获得了实际边缘拉伸成形的等效应变与理论单向拉伸失效应变的比率,定量分析了边缘损伤程度对边缘拉伸成形效果的影响。以该方法为基础,可以研究各种材料的力学性能与工艺参数等因素对存在初始损伤的边缘成形效果的影响规律。基于EFSR分析方法,揭示了先进高强度钢的硬化指数对有损伤的边缘拉伸成形效果的影响规律。利用ABAQUS/Standard软件,采用两种具有类似微观组织的先进高强钢材料—DP780和DP980进行模拟,并通过相同工况的实验,对模拟结果的推论进行了验证。分析结果发现:硬化指数较大时,边缘拉伸成形效果对边缘损伤的敏感性更大。基于EFSR分析方法,进一步揭示了先进高强度钢的面内各向异性对存在初始损伤的边缘拉伸成形效果的影响规律。利用Hill48屈服准则,基于横向各向异性(Transverse anisotropy)假设,系统地分析了板料面内各向异性情况以及损伤区域与轧制方向的夹角等因素对板料边缘拉伸成形效果的影响。同时,通过设置多个损伤区域,首次考察了扩孔成形时,边缘上各处损伤随加载过程演化的独立性。针对扩孔破裂位置的规律,基于数值模拟结果和实验现象的验证,讨论了扩孔时破裂最容易产生的方向。分析结果发现:在存在横向各向异性的条件下,塑性应变比最小的方向是扩孔时最容易产生破裂的方向,数值计算的有效性也得到实验验证。针对边缘形状对拉伸失效的影响,基于边缘最大周向应变,建立了评价不规则形状边缘拉伸变形时应变集中程度的分析方法,首次系统地分析了边缘曲率变化率以及边缘封闭或开放对边缘拉伸成形效果的影响。基于椭圆中心孔的扩孔模拟,提出了评价在不规则边缘内的拉伸变形集中的指标—应变集中烈度指数SLII(Strain Localization Intensity Index)。通过实验考察了不同曲率变化率的椭圆中心孔扩孔和拉伸翻边的成形效果,并借助SLII指数,分析了曲率变化率导致的加载过程中的应变集中情况。通过相同曲率变化率下的扩孔与拉伸翻边的对比,揭示了边缘是否封闭对边缘拉伸成形效果的影响规律。分析发现:随着曲率变化率的增大,材料整体成形效果变差,常规表征材料边缘拉伸成形能力的指标,如扩孔率和极限翻边高度等,均会有下降的趋势,并且在中心孔离心率大于0.5时,下降速度成倍提高。开放式的边缘比封闭式的边缘在拉伸变形时,变形集中的程度更大,差异在3个数量级以上。本文的研究表明:所提出的基于三维壳单元的模拟方法考虑成形历史的扩孔模拟,既提高了模拟效率,还兼顾了模拟精度;基于EFSR分析方法成功预测了存在初始损伤的边缘拉伸变形过程中出现的现象;同时,针对边缘几何形状,采用独特角度切入,评价了边缘形状变化引起的应变集中对边缘拉伸成形效果的影响。研究成果可为实际生产中材料选取、模具质量监测和零件设计与CAE分析提供参考。