使用先进高强钢材料是减轻车身重量和提高汽车防撞性能的重要途径。然而,先进高强钢在成形过程中会出现与传统金属材料完全不同的破裂失效行为,主要包括:1)在开裂前没有明显的局部缩颈现象;2)通过剪切工艺获得的坯料边部在后续成形过程中容易出现难于预测的开裂行为,且发生开裂时的局部应变远远小于传统成形极限方法所预测的应变值;3)在先进高强钢复杂结构件冲压过程中,容易出现剪切型韧性断裂行为,而在工业界广泛使用的成形极限图却无法预测此类断裂。为此,本文针对先进高强钢的韧性断裂行为,采用理论分析,数学建模,基础实验和有限元仿真等手段,首先提出了一个基于孔洞演化机制的韧性断裂模型,随后详细研究了该模型对工程实际问题的预测能力。本论文的具体研究工作和主要结论如下:在韧性断裂中微观孔洞演化机制的基础上,提出了一个基于孔洞形核和变形机制的非耦合型韧性断裂预测模型。模型认为,金属材料塑性变形中的韧性损伤是由微观孔洞的连续形核和后续演化造成的,当韧性损伤达到一定的极限时,即发生韧性断裂。模型中,根据X射线显微层析技术得到的孔洞形核与等效塑性应变的关系,使用了基于等效塑性应变的非线性函数来描述孔洞的形核。根据原位拉伸实验获得的单一孔洞的演化行为,分别使用无量纲化的最大主应力和无量纲化的最大剪应力来描述孔洞的两种演化机制,即孔洞的长大机制和孔洞的拉长扭转机制。随后,通过应力状态的一致性转化,将模型由主应力空间转化到由应力三轴度、罗德参数和临界断裂应变构成的三维空间,获得了基于该模型的三维韧性断裂曲面模型。该曲面可以很好地反映应力状态对材料韧性断裂性能的影响。为了更好的理解模型的预测机理,本论文又研究了模型中的材料参数对三维韧性断裂曲面的影响。针对DP780和DP590先进高强钢,进行了基于DIC技术的韧性断裂实验,并借助可靠的有限元仿真,获得了相关材料在不同应力状态下起裂位置处的应力应变历史。利用最小二乘优化,基于所获得的断裂数据,获得了DP780和DP590的模型参数,并获得了二者的三维韧性断裂曲面。研究表明,所获得的三维韧性断裂曲面可以很好的反映材料在不同应力状态下的韧性断裂性能。针对DP780,借助扫描电子显微镜,进行了断裂刃口的微观形貌分析。分析表明,所提出的韧性断裂预测模型可以很好地解释不同应力状态下的韧性断裂刃口的微观形貌。此外,利用文献中Docol 600DL双相钢,5083-0铝合金和TRIP690相变诱导塑性钢的韧性断裂数据,研究了模型对这些材料的适用性。研究表明,尽管本文中不同材料的韧性断裂三维曲面在曲面弯曲度和高度方面具有很大的差异性,但是,模型均可以准确预测这些材料的韧性断裂极限应变。上述结论表明,所提出的模型在应力状态和材料方面具有很好的适用性。针对先进高强钢的剪切边边部开裂问题研究了新模型的预测能力。为此,本论文提出了一个可以考虑剪切损伤的有限元仿真架构。研究表明,在预测先进高强钢剪切边边部开裂时,有必要考虑剪切工艺在剪切边造成的韧性损伤;在考虑剪切损伤的情况下,本论文提出的新模型和Lou-Huh模型可以准确预测DP780先进高强钢冲裁孔的极限扩孔率;而其他韧性断裂模型,如Oh模型和Brozzo模型,则无法准确预测极限扩孔率。本论文还研究了强化模型对极限扩孔率预测的影响。为此,提出了一个基于三维Hill’48各向异性屈服函数和混合强化模型的半隐式应力应变更新算法,使用Fortan语言编写了该算法的用户材料子程序(VUMAT)。研究表明,尽管边部开裂问题涉及非线性的应变路径,在使用新模型后,等向强化模型仍可以准确预测极限扩孔率。利用Zwick/Roell BUP 600板材成形性能实验机,获得了 DP780先进高强钢板材的断裂成形极限图。通过对比,表明新模型可以准确预测其断裂成形极限图。针对TRIP690先进高强钢的方形件冲压实验,利用有限元仿真的手段并借助基于新模型的TRIP690断裂成形极限图详细研究了其成形过程。研究表明,尽管位于凸模圆角处的材料和位于凹模圆角处的材料均存在破裂的风险,但是凹模圆角处的材料首先突破断裂成形极限,并且该时刻对应的凸模行程与实验测得的破裂行程一致。值得一提的是,凹模圆角处的材料位于纯剪切应变路径,而传统成形极限图则无法预测该路径上的破裂问题。这表明,所提出的新模型可以扩展传统成形极限图的预测范围至纯剪切应变路径,这为剪切型韧性断裂的预测提供了新的思路。