铝合金材料具有密度小、强重比高、耐腐蚀、加工性能好,维护费用低及易于回收利用等诸多优点,已经被广泛应用于航天、交通、船海及建筑桥梁等各个领域,是目前工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。随着工业经济的飞速发展,对铝合金的需求日益增加。5083H116铝合金是一种性能优良的船用铝合金,在海洋结构物中有广泛的应用。而铝合金的断裂行为是典型的韧性断裂,实际工程中铝合金结构件受力状态非常复杂,这就需要研究多轴载荷状态下铝合金韧性断裂机制,以求能够精确预测铝合金材料断裂失效。本文使用5083H116铝合金板材作为基本研究材料,在现有的应力状态对韧性断裂影响的研究结果基础上,设计并加工出一系列能产生不同应力三轴度T和应力洛德参数L的圆形缺口试件以及剪切试件进行实验,并采用数字图像相关技术观测实验过程中试件缺口区域附近的应变场变化。通过实验获得的载荷位移曲线发现不同的应力状态会对试件的峰值载荷和失效位移产生显著影响。同时通过基于晶体塑性理论的多晶体模拟来快速确定不同应力状态下5083H116铝合金在细观力学损伤模型中孔洞聚合参数,将标定的参数应用到GTN细观损伤模型对宏观韧性断裂实验的有限元模拟中,通过模拟结果与实验数据地对比发现一致度很高,从而检验参数标定的准确度,也验证基于晶体塑性的细观力学模拟的结果。在微观结构方面,通过X射线同步辐射实验对铝合金韧性断裂过程中材料孔洞增长、聚合过程中的孔洞形态样貌的变化进行观测,将对材料微观结构的观察结果与宏观韧性断裂实验结果和GTN细观损伤模型模拟结果相结合,进行对比研究,对韧性断裂过程中孔洞的演化有了更加直观的认识,同时为后续更深入的研究提供了参考和依据。综上所述,本文以实验为主模拟为辅,通过实验与模拟的对比对多轴载荷状态下铝合金材料的韧性断裂进行研究并获得了相关结果,检验了相关细观力学模拟研究的结果,对铝合金材料在复杂工况下断裂失效的预测更加精确快速,使得铝合金在实际工程中的应用更加安全、经济。