金属材料的失效断裂是损伤逐渐累积的结果,损伤的累积过程亦即材料内部微孔洞、微裂纹等缺陷随变形的演变过程,通常要经过微孔洞形核、长大、聚合以及微裂纹扩展形成宏观裂纹这四个阶段。金属材料在塑性成形过程中常常处在复杂的变路径加载环境下,加载路径的变化会对材料的损伤行为产生不可忽略的影响。为了提高有限元模拟对复杂加载塑性成形过程中材料损伤行为的预测精度,需要对微孔洞在变路径加载过程中的演变规律进行深入研究。GTN损伤模型是一种基于微孔洞形核、长大、聚合的耦合断裂准则,能够较为准确地描述单调加载过程中微孔洞的演变过程并预测材料的断裂行为,但目前对于模型及其参数在变路径加载条件下的研究较少,其在复杂加载环境下的应用仍存在诸多困难。因此,分析变路径加载条件下微孔洞的演变规律,进而探究预应变值及加载方向变化对于GTN模型预测孔洞演变过程的影响及预应变值与模型参数间的关系,对于拓宽GTN模型在复杂加载塑性成形过程中的适用性以及提高预测的准确性具有十分重要的意义。本文首先设计了退火态AA6061材料的变路径加载实验,包括预加载实验和第二阶段加载实验两部分,实验变量为预加载阶段的预变形量以及第二阶段加载实验的加载方向。通过对变形后试样不同区域微孔洞的观察与统计,研究预应变值及加载方向对材料后续变形诱导孔洞演变的影响。研究结果表明,预加载阶段的预变形越大,对第二阶段加载过程中孔洞演变的影响越大,表现为孔洞体积分数随预应变值的增加而减小;预应变值一定,预加载方向与第二阶段加载方向均沿板料轧制方向时,相同的等效塑性应变下对应的孔洞体积分数较大。采用GTN模型对变路径加载实验中的孔洞演变过程进行模拟,借助NSGA-II优化算法结合参数反求法确定模型参数,研究预应变值及加载方向变化对GTN模型预测孔洞演变过程的影响及预应变值与模型参数间的关系。研究结果表明,不同变路径加载条件下f_n、ε_n、f_c和f_F四个参数的同一套取值不能准确地模拟出变形过程中孔洞的演变情况。随着预应变值的增加,f_n、f_c、f_F逐渐减小,ε_n逐渐增大;预应变值一定、加载方向由两阶段一致变为两阶段相垂直时,f_n、ε_n、f_F降低,f_c升高。模型参数的变化反映出孔洞形核过程对于孔洞体积分数增长的贡献及材料承载能力的变化。此外,预应变值与f_n、ε_n、f_c、f_F四个模型参数之间存在一定的指数函数关系,可以利用这种关系来确定某一预应变值对应的模型参数,从而实现GTN模型对不同预应变条件下的孔洞演变过程较为准确的预测。