随着工程技术及工业领域发展的需要,金属及金属基复合板材凭借其优良的几何成形性以及力学性能在工程实际中广泛应用复杂变路径载荷之下。为确保金属板材的精确成形需透彻了解其塑性变形本质、各向异性以及后继各向异性行为规律,鉴于金属板材的塑性变形机理十分复杂,且考虑到宏观唯象本构理论及现有变路径实验条件的局限性,目前国内外学术研究难以在复杂路径以及非比例加载下对屈服面及后继屈服面的演化进行预测。在本项研究中,选择较为典型的单相结构的高强铝合金AA6061、双相结构的高强双相钢DP600以及碳纳米管增强铝基复合板材CNT/Al作为三种研究对象,并以经典的介观晶体塑性本构及应变梯度塑性理论为依托,基于多尺度实验数据并考虑介观本构模型的用户材料子程序与代表性体积单元方法建立的介观有限元模型进行有效结合,对变加载路径下的塑性变形及后继各向异性行为进行了数值研究。本文的研究工作主要取得了以下的进展:（1）开展了高强合金及金属基复合板材的多尺度实验研究,基于三种典型代表性金属板材分别开展宏观的单轴拉伸、介观的EBSD及微观力学表征实验。宏观实验数据尤其是单轴拉伸实验可以为后续仿真中的本构参数提供拟合依据,而介观的EBSD晶粒形貌表征展示出的AA6061尺寸均匀且具有统计性的随机性,DP600双相F/M形貌差异较大,铁素体F大而规整,马氏体M细长并围绕在铁素体F周围。针对高强双相钢DP600中双相F/M力学性能差异较大的特点,还开展了 F/M微观纳米压痕力学表征实验,得到马氏体M的载荷响应曲线要远大于铁素体F。复合板材CNT/Al在碳纳米管增强相CNT的加入之后力学性能尤其是屈服强度有了明显的提高并且具有明显吕德斯带的屈服现象。随着宏观拉伸实验板材中晶粒尺寸梯度的增加,复合板材的力学响应有明显的递减现象。介观EBSD仅能表征出CNT/Al板材中基体晶粒形貌,而CNT由于尺寸过小未能在EBSD中表征显现。（2）本文基于连续介质力学以及介观塑性变形本质为依托,构建了率相关的晶体塑性本构模型和考虑变形梯度效应及应变不均匀性的应变梯度塑性本构模型来描述高强合金和复合板材真实的塑性流动行为,同时推导了两种介观塑性本构数值有限元实现的积分公式。前者通过计算基于剪切应变增量的非线性方程组来更新应力值和其他状态变量,后者以节点中的平均塑性应变为依托,在离散化应力应变增量的基础上进而对塑性应变梯度推导计算,最终结合Fortran编程在有限元软件ABAQUS中实现了用户子程序UMAT的开发,为后续高强合金和复合板材的介观塑性变形仿真及后继各向异性分析计算提供了准确的计算力学属性。（3）结合高强合金以及CNT/Al复合板材在介观实验表征出的不同介观组织形貌,分别采用不同的数值算法来建立其介观有限元模型,并准确拟合了三种典型合金板材的介观本构参数。铝合金AA6061晶粒具有随机性且符合自然生长规律故基于Voronoi算法及Python参数化建模来构建其介观有限元模型,并对建立的代表性体积单元进行了随机取向、晶粒分布、晶粒不规则度以及网格密度的模型敏感性分析,优选出了具有代表性的AA6061介观有限元模型,进而结合晶体塑性参数敏感性分析准确拟合了 AA6061载荷曲线;考虑到双相钢DP600中马氏体和铁素体晶粒形貌差别较大的特点,故其介观有限元模型基于双相真实的晶粒形貌和EBSD图像处理及Python参数化建模来构建;而双相力学响应的较大差异则通过纳米压痕实验表征并基于仿真反演得到双相的介观本构参数,最终通过介观拉伸仿真与宏观拉伸实验对比验证了参数的有效性;CNT/Al复合板材的介观建模及标定上考虑了基体与增强相的相互作用,基体晶粒采用晶体塑性本构而CNT增强相采用应变梯度塑性本构最终拟合宏观力学实验曲线并获得准确的介观本构参数。（4）为考虑全路径下RVE模型的载荷条件,创新性地提出一种ABAQUS—MATLAB—PDE联合应用的仿真与数据处理方式,设置变路经载荷并批量提交仿真作业以及基于Python脚本的Odb结果文件批处理操作来对高强铝合金AA6061的屈服面及后继屈服面进行描述。研究表明,单相铝合金AA6061初始屈服面是接近各向同性的近似圆形并随着偏移应变的增加均匀膨胀,而本构参数、屈服定义、预变形方式、预变形量、组合预变形方式等因素与后继屈服面描述及演化强烈相关,同时基于模拟多晶铝合金AA6061介观织构的演化揭示了微细观非均匀性变形与后继屈服面畸变现象的内在关系。（5）基于不同EBSD图像的截取位置进行介观有限元建模,以及Voronoi模型通过改变内在的双相的比例、分布类型等结构因素,仿真获得的晶粒形貌图、应力应变云图、力学响应曲线、后继屈服面进行定性与定量分析。研究表明,塑性变形发生后,马氏体内部局部应力明显偏高,而铁素体内局部应力偏低,且具有明显的应变局部化现象并形成剪切带。马氏体相的加入及其团簇效果能大幅度提高合金DP600的有效弹性模量和屈服强度,且对单一路径下的后继屈服力学响应影响较小,特有的非均质结构及其F/M在模型中分布的差异性,使得屈服面在复合加载路径的方向上膨胀程度不尽相同,屈服面畸变现象越严重,且对应力空间中的加载路径敏感程度并不相同。（6）碳纳米管凭借独特的微结构构型以及卓越的机械响应,目前已成为金属基复合板材当中最拥前景的增强体类型之一,其引入以及附属的工艺条件势必会造成复合板材微细观结构的改变以及性能上的各向异性。本文考虑了增强相拓扑及基体形貌、尺寸、晶粒梯度等微结构因素对CNT/Al复合板材力学响应、后继各向异性的影响规律。研究表明,复合板材CNT/Al的增强相影响区主要受再结晶以及球磨条件的高度控制,由160rpm/8h球磨转速处理的CNT/Al复合板材中具有较大的增强相影响区厚度,且强度和延展性达到了非凡的结合。板材中GNDs和SSDs分布差异明显,且GNDs表现出强烈的应变路径和历史相关性。随着CNT影响区厚度的增加,基体晶粒不规则度越大,会使得复合板材弹性模量及抗拉强度的提高,且对硬化演化产生影响,应变硬化率提高,不同预变形下的后继各向异性屈服更加明显。随着基体晶粒梯度的增加及大晶粒的加入,具有三级晶粒尺寸梯度的Trimodal模型对降低模型内部整体应力以及后继各向异性的敏感程度具有重要作用。综上,通过归纳总结变路径下多晶协调变形微细观机制对宏观力学及后继各向异性性能的影响规律,可为精确控制板材塑性成形提供理论依据。