材料加载实验数据是建立塑性本构模型的基础,加载实验应力状态与实际成形应力状态越接近,对材料变形性能的描述就越准确。复杂形状管件成形过程中,同时受到拉应力（压应力）与剪应力作用,但目前仅有拉应力（压应力）与纯剪切加载实验方法,尚无管材拉（压）-剪复合加载实验方法与实验装置。为获得薄壁管材在可控拉-剪应力比例加载实验结果并分析其成形性能,本文采用名义尺寸为（?）50×1.2的铝合金管材开展了轴向剪切-环向拉伸加载的变形特性研究。首先建立起轴向剪切-环向拉伸比例加载模型,进行变形区内应力状态表达式的推导,并采用归一化法将变形区内位置点映射为[0,1]区间内的轴向相对位置,同时引入相对均匀长度α为均匀变形长度与总长之比,可用于后续评价变形区均匀性:α越接近于1,依靠计算获得的平均剪应力越接近实际应力状态。为提高试样变形区的均匀性、装置的稳定性与可靠性,以轴向纯剪切加载为例,开展了试样形状的优化与装置结构的改进。进行了芯轴导向约束、自由度约束与管材外部约束的改进以解决反作用力矩导致的偏转,经实验验证,抑制偏转角度在0.2°。通过仿真模拟与实验验证,归一化分析比较不同变形区长度、端部缺口形式及几何尺寸对应力/应变场均匀性。综合考虑数据稳定性、变形区分布范围、剪切断裂时的断口趋向等因素,推荐使用变形区长度为10mm、变形区端部具有宽度为0.6mm、长度为6mm的半圆槽口试样形式。根据课题所需的轴向剪切-环向拉伸的加载方式,进行了管材轴向剪切-环向拉伸双轴加载设备设计。以不同规格铝合金、钛合金和高强钢管材试件为实验材料,估算在单轴拉伸和等效双拉工况下对材料发生断裂时需要的最大载荷,同时考虑设计成本与设备结构的紧凑高效性,选用最大载荷为37KN的伺服电动缸提供轴向与环向载荷。为便于加载,设备采用卧式结构,并将伺服电动缸依次排布在轴向一侧与环向双侧。在试样发生轴向剪切-环向拉伸变形过程中,轴向电动缸提供剪切力,环向两个电动缸提供拉伸力,并且环向双侧的对称平衡力使试样变形面始终在设备操作空间内位置居中。此外,在设备装置环向侧安装有直线导轨,环向电动缸所在安装板固定在滑块上,可随同侧连接的剪切芯轴运动而轴向移动,使环向拉伸力在双向加载过程中始终垂直于变形面,避免环向加载力偏移。采用Abaqus软件模拟设备机械结构在受加载反力影响下的变形,完成机架与安装板的载荷模拟与校核。该设备可实现轴向剪切-环向拉伸加载应力闭环控制:将管材试样初始数据与预设加载比例数值输入系统,通过力传感器采集双向力数据,计算轴向剪应力与环向拉伸应力。对比实际轴剪环拉加载比例tanβa与设定目标加载比例tanβ的偏差,负反馈修正加载数值实现闭环。该设备重复定位精度绝对值小于0.05,位移加载精度小于0.2%。采用半圆槽口试样形式,在Abaqus软件中进行轴剪-环拉线性加载的数值模拟,随着轴剪-环拉加载比例tanβ值减小,变形区内应力三轴度数值不断增大。使用二阶塑性增量功将轴向剪切试验获得的剪应力-剪应变曲线转换为等效应力-应变曲线,并计算Hill48屈服准则中与剪应力相关的参数Y4,比较了预测的精度。