先进高强钢板是实现车身轻量化的重要材料,在车身制造中得到了大量的应用。不同于传统高强钢板,先进高强钢板是通过相变组织进行强化的,马氏体是主要的强化相。马氏体和铁素体性能差异大,变形时应力、应变在两相间的分配极为不均匀,这种不协调变形促使材料内孔洞或裂纹的产生,最终造成韧性断裂成为先进高强钢板塑性成形中的主要失效形式,并且断裂通常沿着特定的方向产生和扩展,表现出强烈的各向异性。采用传统的各向同性断裂模型无法准确预测先进高强钢板的各向异性断裂现象,使得成形工艺难以优化设计,造成试错周期变长、工艺稳健性难以保证、废品率升高等问题,严重制约了先进高强钢板在车身制造中的进一步应用。先进高强钢板制备过程中的合金元素偏析以及后续轧制工艺是其各向异性断裂产生的主要原因:连续的轧制过程会造成马氏体的形状具有取向性,导致材料在板平面内不同方向上的力学性能不同;合金元素偏析会造成马氏体在板厚方向上呈带状分布,进一步影响板材厚度方向上的力学性能。目前采用传统的韧性断裂实验方法和理论模型难以表征和描述这种现象。本文以先进高强钢板为研究对象,围绕各向异性断裂问题在断裂模型、实验设计、预测方法等方面展开深入研究。首先建立一个基于应力不变量I₁-J₂-J₃的各向同性断裂模型。然后在此基础上,建立适合各向异性材料的应力状态表征方法、各向异性断裂模型以及参数识别方法。随后运用建立的各向异性断裂模型和实验方法研究两类扩孔实验中的面内各向异性断裂现象,为实际零件的各向异性断裂预测提供指导意见。最后建立金属薄板面外剪切测试方法,对不同强度级别的先进高强钢板开展面外剪切实验,揭示马氏体带对先进高强钢板面外各向异性断裂行为的影响规律。在这些研究工作的基础上,形成了先进高强钢板三维各向异性断裂的系统理论和实验方法,为先进高强钢板在车身上的应用提供理论与技术支持。本文的主要研究内容和成果如下:（1）基于应力不变量的各向同性断裂模型对于各向同性材料,可以采用三个应力不变量或Mises等效应力、应力三轴度和罗德角来表征空间任意一点的应力状态。金属材料的韧性断裂不仅和静水应力有关,还与偏应力相关,通过引入一个与应力三轴度和归一化的第三不变量相关的多项式函数,建立了基于应力不变量I₁-J₂-J₃的各向同性断裂模型。通过对DP590和DP780两种材料的研究证明了所提出的各向同性断裂模型对不同先进高强钢均具有较好的适用性。（2）各向异性断裂模型及参数识别方法针对各向异性材料,建立了采用无量纲化的应力分量来表征应力状态的方法。在各向同性断裂模型的基础上,采用对应力张量进行线性变换的方法建立了基于应力不变量I₁-J₂-J₃的各向异性断裂模型,准确描述了材料在应力空间中的各向异性断裂面。建立了通过断裂应变和无量纲化的应力分量来标定各向异性断裂面的参数识别方法,通过对DP590的研究验证了所提出的各向异性断裂模型的正确性。建立了变形路径更加线性的面内韧性断裂实验方案,包括中心孔拉伸、V型弯曲、球头胀形和面内剪切。采用建立的各向异性断裂模型较好地预测了DP980的面内各向异性断裂行为。（3）先进高强钢板面内各向异性断裂案例研究自主搭建了圆锥形凸模扩孔实验平台,对DP590和DP980两种先进高强钢板进行了扩孔实验。结果表明:对于这两种材料,断裂首先发生在圆孔边缘,并且沿轧制方向扩展。采用本文提出的各向异性断裂模型较好地预测了这两种材料在扩孔成形中的断裂方向、断裂位置、断裂位移和扩孔率。不同于圆锥形凸模扩孔实验,在圆柱形凸模扩孔实验过程中,变形区内大部分材料的应力状态介于单向拉伸和平面应变之间。针对变形区的应力状态,提出了Yld2004屈服准则新的参数识别方法,较好地预测了扩孔成形中试样沿圆周方向上的厚向应变分布;在此基础上结合本文提出的各向异性断裂模型,准确预测了标准考题中扩孔试样的断裂位置和断裂方向。明确了影响各向异性断裂预测精度的主要因素,提出了针对变形区应力状态综合考虑塑性各向异性和断裂各向异性影响的参数识别策略,为实际零件的各向异性断裂预测提供了有效指导。（4）先进高强钢板面外各向异性断裂实验研究针对1³mm厚的先进高强钢板,提出了面外双缺口剪切试样设计方案,建立了面外剪切测试方法,包括防转动夹具设计、试样加工与评价方法、超细散斑制备方法等。通过实验和有限元仿真两种手段验证了面外剪切试样设计的合理性。对DP980开展了面外剪切实验,采用建立的各向异性断裂模型较好地预测了DP980的面外各向异性断裂行为。对另外4种不同强度级别的先进高强钢板开展了面外剪切实验,进一步证明了马氏体带弱化材料面外剪切断裂强度的作用,并且随着马氏体带宽度和数量的增加,这种弱化作用越显著。因此,在先进高强钢板的制备过程中,应尽量避免马氏体带的形成。综上所述,本文针对先进高强钢板成形中的各向异性断裂问题进行了系统的实验和理论建模研究,建立了基于应力不变量I₁-J₂-J₃的各向异性断裂模型,准确描述了材料在应力空间中的各向异性断裂面;开发了金属薄板面外剪切测试方法,揭示了马氏体带对先进高强钢板面外剪切断裂强度的影响规律;建立了各向异性断裂综合预测方法,实现了先进高强钢板扩孔成形中各向异性断裂的准确预测。本文的研究为先进高强钢板的制备、应用和推广奠定了技术基础。