基于DEFORM-3D二次开发写入多元非线性回归硬化模型，通过高温拉伸实验确定Cockroft-Latham断裂模型参数，对25CrMo4复杂实心车轴在轧制速度比为1.0、1.15、1.25和1.5的同径同速和异速轧制工艺下的成形进行有限元仿真。对同速和异速轧制后所得的复杂车轴的轧制外形、轧制力、流动速度场、塑性损伤和等效应力应变等情况进行分析，从而探究异速轧制对车轴成形的影响。结果表明，异速轧制可提高材料的成形性，有益于变形深入心部，异速轧制力小于同速轧制；异速轧制对轧件的上下对称表面的搓轧作用不同，使得速度略大的一面损伤略大；在异速轧制的过程中，附加剪应力降低了摩擦对轧件的阻碍作用，使得等效应力低于同速轧制。

针对大型环件径轴向轧制成形过程规划问题，根据成形锻件和环坯的尺寸特征，提出了一种轧制变形路径规划的理论模型，确定了关键参数对理论模型的线型及其曲率变化的影响规律和选取方法；建立了芯辊进给速度数学模型，考虑环件径向轧制孔型的锻透和咬入条件以及环件外径扩大速度，确定了相关参数的合理范围，结合轧制变形路径和芯辊径向进给速度，得到上锥辊的轴向进给速度；针对典型截面环件轧制变形过程进行规划，借助ABAQUS软件建立了大型环件径轴向轧制热力耦合三维有限元模型，并按照所规划的过程进行了仿真，仿真结果表明，该规划方法可以保证环件轧制过程顺利稳定进行，并通过实验进行了验证。

采用热压缩实验建立了C19210铜合金的本构方程，并结合DEFORM-3D有限元模拟软件分析了C19210铜合金异形带连续挤压过程中金属的流动规律，通过等效应变、速度矢量和点追踪等方法揭示了连续挤压异形铜带缺陷的形成机理，发现轮槽内挤压过程中坯料的折叠现象是导致缺陷形成的重要原因，而模腔和模具的不对称分布加剧了挤出铜带下侧缺陷的形成。通过优化模具工作带尺寸，模腔内金属的等效应力和流动速度变得更加均匀，挤出后的异形带表面质量得到明显提高。

为了解决变截面铝合金传动轴管制造难的问题，设计了铝合金传动轴管内高压成形工艺，探讨了轴向进给量、成形内压、摩擦因数和模具圆角半径对传动轴成形质量的影响规律。为获得成形质量最佳的传动轴管零件，采用有限元数值模拟结合智能算法对内高压成形工艺参数进行了联合优化。以轴向进给量、成形内压、摩擦因数和模具圆角半径等为优化自变量，以最大减薄率和最大增厚率为优化目标，训练径向基函数神经网络，并通过非支配排序遗传算法获取最优Pareto解集。在此基础上，采用熵权法的逼近理想解排序法综合评估、筛选，得出最优工艺参数为轴向进给量110.25 mm，成形压力13.324 MPa，管材与模具摩擦因数0.118，推头与模具摩擦因数0.037，圆角半径67 mm。对最优工艺进行仿真验证，发现最大减薄率与最大增厚率的仿真验证结果与神经网络预测结果的偏差分别为0.1880%和0.1637%，预测结果与仿真结果基本吻合。验证了该方法在解决工艺参数优化问题上的可行性。

针对文丘里管流量计现阶段生产工艺工序多、轻量化困难的问题，提出液压胀形工艺生产文丘里管流量计。为了探究各工艺参数对文丘里管流量计液压胀形的影响，以材料力学为理论基础，基于有限元软件进行单因素数值模拟，探究成形效果较好的加载路径、接触面摩擦因数以及加载压力。以数值模拟结果为依据进行实验验证，并将数值模拟结果与实验结果进行对比。结果表明，实验壁厚与仿真壁厚变化趋势一致。仿真壁厚最大减薄处位于过渡区与成形区结合处，减薄率为28.9%，最大应变为0.3043，整体壁厚变化连续性强。

针对SP700钛合金低温超塑特性的工程化应用需求，通过数值模拟与超塑成形工艺参数优化保证了成形件的几何精度。首先依据前期高温拉伸试验确定了SP700钛合金合适的超塑成形参数，基于Backofen模型描述了SP700钛合金稳态阶段的流动应力，利用确定的气压加载路径完成了SP700钛合金盒型件超塑气胀成形工艺试验。采用PVX测厚仪测量了盒型件不同区域的厚度分布，与数值仿真结果对比，验证了SP700钛合金超塑成形数值仿真的预测精度。通过室温拉伸分析了SP700钛合金低温超塑成形后的力学性能。结果表明，SP700钛合金具有优异的低温超塑性，可成形质量合格的盒型件，其数值仿真结果与试验结果吻合良好，预测精度可达90%以上。经过超塑成形后，SP700钛合金组织性能并无明显变化，仍具有较优异的力学性能。

考虑热冲压成形过程中工艺流程和材料变形行为的复杂性以及温度分布的时变性，提出一种基于热加工图和NURBS曲线的伺服热冲压工艺设计。以常用B1500HS热成形试样为研究对象，通过高温拉伸实验测得了不同热变形参数下B1500HS硼钢的真应力-真应变曲线，基于DMM原理构建了不同应变量下的B1500HS硼钢热加工图，计算了该材料在伺服热冲压过程中成形阶段最优速度和温度区间。根据典型热冲压模式的各阶段工艺特征和NURBS曲线数学模型，规划和建立了符合各约束条件的伺服热冲压工艺曲线，实现了对伺服热冲压工艺曲线的设计。借助CAE分析软件，开展了汽车中立柱伺服热冲压对比仿真实验。综合分析表明，与常规热冲压工艺相比，采用所提出的伺服热冲压工艺曲线模型成形时中立柱样件应力和温度分布更均匀，最大减薄率降低约8.5%，最大起皱度为4.002×10^-3，主应变降低约12.5%，表明所提出的伺服热冲压工艺对危险位置破裂趋势有明显的抑制作用。

为研究金属微粒直写成型中悬浮液的流动特性，制备了粒径为Φ50 μm的316L不锈钢微粒悬浮液，根据直写成型实验与Eulerian多相流模型，对悬浮液流动过程中的固液分离现象进行了数值模拟研究。结果表明，金属微粒悬浮液流动时的相分离现象与流域横截面积改变及微粒粒径有关，在横截面积由小变大的区域，微粒与溶液易产生离散现象，在横截面积由大变小区域则微粒容易聚集；横截面积改变程度越小，分离现象越弱，减小微粒粒径也可减弱悬浮液相分离程度，当粒径降至Φ10 μm 时可基本消除相分离。

为了提高飞机碳纤维增强树脂基复合材料构件的铆接质量，针对飞机开敞性较差的CFRP构件铆接损伤问题，开展了带衬套单侧抽芯铆接工艺研究，并研究了接头拉伸剪切性能，结果表明：衬套可有效限制CFRP孔内铆钉杆不均匀膨胀，但铆钉杆膨胀引起衬套胀大并与CFRP孔壁形成干涉配合，即使在衬套的限制下，铆钉杆过大的膨胀量也会引起铆接损伤；在拉伸剪切过程中，试件力-位移响应均呈现出明显的线性增长阶段、屈服阶段和瞬态断裂破坏阶段特征，试件最终失效均为铆钉拉脱，但同时CFRP层板出现明显的剪切损伤区域且连接孔被挤压变形，最终失效模式呈现出耦合失效模式；由于二次弯矩的作用，拉伸剪切过程中试件实际承受拉剪耦合加载，试件先发生剪切损伤，随后镦头沿铆钉杆长度方向挤压CFRP层板孔周，最终导致试件拉脱失效；衬套有效参与了拉伸剪切传载，但减小了镦头与CFRP层板的实际接触面积，通过工艺参数优化可防止拉脱失效。

研究了玻璃纤维增强聚丙烯复合材料层合板热压成形工艺参数表面温度、成形压力和模具温度对U型骨架成形质量的影响。通过实验测试了U型骨架的层间剪切强度，观测了表面形貌和截面尺寸精度。结果表明，当提高表面温度和成形压力时，树脂基体的流动性变好，树脂基体在热压过程重分布，提高了U型骨架的层间剪切强度，改善了表面粗糙度，但过高的表面温度和成形压力会将树脂挤出，从而降低成形质量；表面温度和模具温度共同影响U型骨架截面几何尺寸精度，温度越高，弹性前屈效应越明显，若继续提高成形温度，前屈效应会趋于恒定。在U型骨架成形过程中，由于成形压力对底部和侧边的作用不同以及层合板表面温度不均匀，底部的成形质量较侧边区域要好。在现有条件下，获得的较优工艺参数为：加热电压70 V，加热时间60 s，表面温度246.1 ℃，成形压力1.2 MPa，模具温度80 ℃。

为了研究高速冲击载荷下激光选区熔化成形的18Ni300马氏体时效钢的组织演变以及绝热剪切行为，采用分离式霍普金森压杆技术对SLM 18Ni300马氏体时效钢进行了室温下不同冲击载荷的冲击实验。结果表明，SLM 18Ni300马氏体时效钢在冲击过程中横截面的微观金相组织为椭球编织结构；随冲击载荷增加，横截面的晶粒尺寸先增大再缓慢减小；纵截面晶粒组织由半弧状熔池结构逐渐变成平缓的曲线结构，晶粒尺寸随冲击载荷的增加而减小，且变化的幅度小于横截面晶粒尺寸的变化幅度；当冲击载荷为0.7 MPa时，有绝热剪切带形成并出现分叉现象，孔洞在剪切带中形核、长大、合并扩展形成裂纹，最终引起绝热剪切带的失效。

基于分离式Hopkinson压杆，建立了一套可对1873 K下材料的动态力学行为进行有效测试的新型超高温高应变率压缩试验方法。该试验方法在原有基础上，通过电机来驱动入射杆和透射杆同步组装系统，利用高精度延时控制器来精确控制撞击杆发射系统以及入射杆和透射杆同步组装系统的启动时间，可实现冷接触时间的精确控制(小于10 ms)以及组装过程对试样冲击力的控制，避免了超高温下冷接触时间对测试结果的影响以及组装过程产生的冲击力引起试样的塑性变形甚至破坏。基于该超高温高应变率压缩试验方法，对粉末等离子电弧增材制造共晶高熵合金CoCrFeNiTa_0.2Nb_0.1在宽温度(293～1473 K)、宽应变率(0.001～5000 s^-1)范围内的力学行为进行了测试，并分析了温度和应变率对其塑性流动行为和变形机理的影响规律，获得了该材料流动应力随温度变化曲线上出现的第3型应变时效现象随应变率的变化规律及其物理模型。

为研究2024-T351铝合金在高应变率下的力学性能，采用分离式霍普金森压杆进行了高应变率下的动态压缩实验，获得了该材料的应力-应变曲线；基于Johnson-Cook(J-C)本构模型对2024-T351铝合金在不同应变率下的力学行为进行了修正；采用单弹丸仿真模型研究了喷丸工艺下2024-T351铝合金材料内应变率的变化规律，并对比分析了原有的本构模型与修正的本构模型在应变率分布、弹坑尺寸、等效塑性应变和残余应力3个方面的差异。结果表明：在较宽应变率范围下(3214～11136 s^-1)，2024-T351铝合金表现出应变率敏感性，拟合结果平均误差为3.575%；喷丸下材料内应变率达到10⁵ s^-1数量级，弹丸刚撞击材料时应变率最大，而后呈现降低趋势；相比于原有J-C模型，修正的J-C本构模型显示出弹坑直径基本不变，但弹坑深度明显变小，等效塑性应变更小，且最大残余压应力值更大。

对TC21钛合金进行了1～3个锻造周期(对应的应变分别为1.60、2.71和3.82)的锻造。对锻造试样进行了温度为860～920 ℃，时间为0.5～4 h的后续球化热处理实验，利用定量金相法、扫描电子显微镜和电子背向散射衍射技术研究了不同应变、热处理温度和热处理时间等工艺参数对TC21钛合金α片层静态球化的影响规律，揭示了其静态球化机理，并建立了TC21钛合金静态球化动力学方程。结果表明，静态球化体积分数随热处理时间的增加呈现抛物线式增长；应变越大，静态球化体积分数越大；应变较小时静态球化对热处理温度的变化更敏感。其静态球化机理主要为：β相楔入α/α界面、奥斯瓦尔德熟化和连续静态再结晶共同作用。

开展了不同晶粒尺寸及应力状态下的薄板拉伸实验，发现晶粒一致时断裂应变随应力三轴度的增加逐渐减小，针对剪切应力状态，晶粒尺寸增大导致断裂应变增大，并且晶粒尺寸过大会导致试样断裂形式改变；而针对单拉及平面应变状态，随晶粒尺寸增大，断裂应变减小。为描述尺度效应及应力状态影响，通过有限元仿真，利用考虑尺度效应的GTN-Thomason模型模拟了试样的变形过程，对比了实验与仿真的力-位移曲线，验证了模型在较高应力三轴度下的准确性，仿真结果表明，晶粒尺寸增大导致孔洞连接加快，应力三轴度增加有利于孔洞增长从而导致快速断裂。进一步地，在考虑尺度效应的GTN-Thomason模型基础上加入剪切因素影响，提高了损伤模型在较低应力状态下的预测精度。

采用Gleeble-3500热模拟试验机对GH4169稀土强化镍基高温合金进行了高温压缩试验，变形温度为1223、1273、1323、1373和1423 K，应变速率为0.001、0.01、0.1、1和10 s^-1，压下量为65%。分析了GH4169稀土强化镍基高温合金在不同变形条件下的流变应力曲线，并采用正交试验和方差分析方法得出真应变、应变速率以及变形温度对流动应力的影响规律。建立了GH4169稀土强化镍基高温合金的修正非线性回归模型，引入相关系数和平均相对误差，验证了所建立的本构模型的有效性。结果表明：该模型能够较准确地描述GH4169稀土强化镍基高温合金的高温流变行为。

为研究GH141高温合金的高温流变行为及热加工工艺窗口，对GH141高温合金在变形温度1000～1200 ℃、应变速率0.01～10 s^-1的条件下进行了等温压缩实验，获得了20组高温流变数据；基于高温流变数据建立了GH141高温合金的Hansel-Spittel本构模型和热加工图；对不同热压缩试样进行了微观组织分析。结果表明：Hensel-Spittel本构模型对该材料流变数据的回归系数为0.99，其逼近精度较高；当应变为0.1时，失稳区域出现在温度1000～1100 ℃，对数应变速率约为1的范围内；当应变大于0.1时，失稳区域位于高温高应变速率区域。在温度为1000和1050 ℃时，对GH141合金进行热加工使原始粗大的组织发生变形和拉伸，晶界处出现细小的再结晶晶粒；当变形温度升至1100 ℃时，部分原始粗大晶粒被更小的再结晶晶粒所取代，但仍然有一些原始晶粒残留在材料内部；当温度达到1150和1200 ℃时，GH141合金的全部原始粗大晶粒被新的再结晶细小晶粒替代。微观组织分析证明了热加工图能够用来衡量GH141合金发生动态再结晶的程度；结合热加工图、微观组织图和动态再结晶分布，确定了GH141合金的最佳热加工窗口，即应变速率在0.01～0.1 s^-1，温度在1150～1200 ℃。

为实现铁路辙叉类复杂变截面核心零部件成形技术自主可控，基于辙叉整体辊锻成形工艺，利用单道次热压缩实验，在Gleeble-3800型热模拟机上研究了辙叉用34MnSiCrNiAlMo贝氏体钢在变形温度为800～1200 ℃，应变速率为0.01～10 s^-1，压缩变形量为0.2～0.8条件下的热变形行为，获得了真应力-真应变曲线，并建立了34MnSiCrNiAlMo贝氏体钢的本构方程和热加工图，获得了合适的热加工条件：真应变为0.8，温度为820-1150 ℃，应变速率为0.1-10 s^-1。此外，微观组织分析结果表明：在热变形条件下，微观组织以贝氏体为主，含少量残余奥氏体，变形温度和应变速率对其微观组织影响较大，其贝氏体铁素体板条宽度因再结晶过程而粗化。

为进一步精确评估缺口件的疲劳行为，基于应力场强法，针对传统疲劳损伤区域判定存在争议的问题，考虑晶粒尺寸和各点应力对损伤区域的综合作用，提出了一种心形疲劳损伤区域，对权函数和损伤区域界定准则进行了修正，建立了一种新的疲劳寿命预估模型。对泵头体材料40CrNi₂MoV进行了疲劳试验和算例验证，结果表明：新方法降低了计算成本，圆孔件和V形缺口件疲劳寿命预测精度分别提高了20%～50%及10%～35%，适用于不同缺口类型的疲劳寿命预测。

以DP980钢为研究对象，利用双向拉伸试验机采用载荷控制、应变控制和位移控制的加载方式开展了拉伸比例为4∶1、4∶2、4∶3、4∶4、3∶4、2∶4和1∶4的双向拉伸试验。获得了3种控制方式7种拉伸比例下的双向拉伸应力-应变曲线，利用视频引伸计采集了粘贴在试样中心区域标记点的偏移量的变化过程，分析了材料在3种稳定控制方式下的加载历史及双向拉伸曲线。结果表明，3种控制方式下获得的双向拉伸曲线之间差异非常明显，即使材料在两个加载方向的拉伸比例相同，由于各向异性的影响，其应力和应变也并不相同，应变控制试验的标记中心点偏移量最小，位移控制试验过程中的载荷和应变的变化趋势较大。

针对全片层组织TiAl合金开坯锻造后存在大量残余片层影响合金的塑性的问题，在TiAl合金(α+γ)相区进行等温压缩，研究了不同应变路径对TiAl合金残余片层的影响，压缩方向与锻造方向分别呈0°、45°和90°。结果表明：初始锻造组织由大量的残余片层和片层团间的再结晶晶粒构成。经过0°方向热变形后组织变得更加均匀，残余片层显著减少；45°方向压缩的试样组织均匀，残余片层基本全部分解；经过90°方向压缩，试样部分残余片层分解，变形后的残余片层界面与压缩方向呈90°。改变应变路径有利于残余片层的分解，45°方向压缩的试样流变软化程度最小，晶粒等轴度高，分解效果最好。

针对带筋壁板筋条双侧激光喷丸弯曲变形问题，建立了基于固有应变理论的带筋壁板筋条双侧激光喷丸数值模型，开展了带筋壁板筋条双侧喷丸仿真与实验研究，并应用数值模型分析了带筋壁板筋条喷丸弯曲变形规律及变形特性。结果表明，带筋壁板弯曲变形随筋条双侧激光喷丸面积的增加而增大，增幅由71.4%逐渐下降到6.1%，在喷丸面积相同的情况下，喷丸区域距离蒙皮越近，带筋壁板弯曲变形量越小。在筋条双侧激光喷丸情况下，带筋壁板弯曲变形由筋条延展引起，带筋壁板呈现双曲弯曲变形特征，并通过实验验证了数值模型的有效性。

针对抛浆冲击后基体表面粗糙度缺乏精确控制模型的问题，基于BP神经网络，构建了抛浆工艺参数对基体表面粗糙度的BP神经网络预测模型，并以304不锈钢为研究对象进行了抛浆冲击试验，通过对样本数据进行方差分析检验，分析了各工艺参数对表面粗糙度的影响程度，由此确定了网络模型的输入和输出参数，以进行网络模型的训练和验证。结果表明，网络模型抛射速度的预测值和总样本的最大相对误差为4.80%；通过网格模型结果给定抛射速度试验得到的粗糙度值与目标值最大相对误差为2.40%。说明该神经网络模型能够指导工艺参数设定，实现冲击后钢板表面粗糙度的精准控制。

在传统六角形蜂窝结构的基础上，通过用负泊松比结构替代部分原六角形蜂窝结构的胞元层，设计了一种新颖的复合蜂窝结构模型。利用显示动力学有限元方法，研究了不同冲击速度作用下，复合蜂窝的结构排列和相对密度对变形模式、动态冲击应力、冲击载荷效率和比吸能的影响。结果表明：在中低速冲击作用下，复合蜂窝比六角形蜂窝的变形模式更复杂；除了冲击速度和结构排列，复合蜂窝的名义应力还取决于相对密度；复合蜂窝表现出负泊松比效应，具有更好的平台应力；在相同的冲击速度作用下，较弱层的复合蜂窝的峰值应力明显较低，表现出更好的冲击载荷效率；合理选择复合蜂窝结构的排列方式可以明显提高蜂窝结构的能量吸收能力。

为了监测和评估管线钢服役状态，以应用最为广泛的贝氏体+多边形铁素体双相结构X80管线钢作为研究对象，利用声发射技术对其塑性变形过程的损伤状态进行监测与评估。通过使用sym4系小波、Birge-Massart算法和小波包分解算法对声发射信号进行去噪和特征提取处理，并采用相关性分析结合LightGBM算法对提取后的特征进行选择。基于能量耗散模型，并考虑在塑性损伤过程中弹性模量衰减的因素，定义了损伤变量来定量表征塑性损伤程度。采用径向基函数神经网络实现了特征参量和损伤变量的映射关系。结果表明，该方法能够对服役中的管线钢进行监测和评估。

对核级银铟镉合金稳态蠕变速率进行了测定，建立了不确定度数学模型，分析了来源，评定了不确定度，重点研究了力值和温度对压缩蠕变变形的影响。结果表明：银铟镉合金稳态蠕变速率不确定度主要来源于L₁和L₂中试验机力值示值误差、同轴度偏差以及温控系统示值误差和稳定性，L₁和L₂不确定度分量中有关光栅尺的不确定度分量及L₀和t_i中各因素对不确定度的贡献非常小，可忽略不计。银铟镉合金稳态蠕变速率为v_i=(0.00812±0.00240)%·h^-1，k=2，换算成相对扩展不确定度为U_rel=29.6%，k=2，相对扩展不确定度很大，当测试结果接近产品标准要求极值时，须充分考虑不确定度。

为深入理解航空7050铝合金机械连接接头孔挤压强化的力学响应特性，提出了多个不均匀性指标，结合数值模拟定量评估了挤压强化参数对残余应力分布不均匀性的影响；在交变加载条件下，同时从应力水平和应力幅值两个维度，定量分析了挤压强化参数对结构应力响应的影响。结果表明：芯棒挤压后孔壁附近获得对疲劳性能有益的残余压应力，该应力沿厚度方向呈梯度分布，且当挤压量超过某临界值后其分布不均匀指标趋向平缓；纵向残余应力沿横向分布的特点是由孔壁附近较高的、存在大梯度变化且分布范围较窄的压应力转变为外侧的较低的、较为平缓且分布范围较宽的拉应力，且二者极值、残余压应力分布范围随挤压量的增大而增大；未经挤压试件的纵向加载应力由孔壁向外呈单调下降趋势，且孔壁应力集中系数高达3.7～4.1，而经孔挤压试件因挤压残余压应力效应其加载应力分布曲线不再是单调曲线，且高挤压量下孔壁应力甚至不及外侧应力的50%；高挤压量下卸载应力横向分布曲线与残余应力曲线几乎重合，但挤压量小于某临界值时孔壁附近的卸载应力低于残余应力；芯棒孔挤压只降低孔壁附近应力的大小，不改变其幅值。