为了揭示镁合金孪生变形机制与微结构演化之间的关联,提高对多晶材料局部变形的预报能力,本文将采用伪滑移模式描述孪生变形机制,在镁合金塑性变形本构关系中考虑了孪生与滑移变形机制,同时推导以剪切应变率为自变量的本构方程迭代算法。在此基础上,应用Voronoi多晶集合体模型,模拟各种加载条件下镁合金的变形行为,并进一步分析镁合金多晶体应力、应变的分布以及孪晶体分数的演化,与多晶微结构之间的统计关系。本文研究工作主要包含:1、通过试验,采用EBSD技术获得大量的诸如晶粒尺寸、晶向及晶界倾角等微结构参数,以及晶内孪生形核数、孪晶厚度等特征数据,并进行统计分析。对压缩应变量为4.9%的镁合金试样的微结构的统计分析表明:晶粒大小、晶界倾角等微结构参数的分布基本符合概率函数Weibull分布特征;大晶粒、高Schmid因子、小角度晶界更有利于孪生形核,但孪晶长大对微结构的敏感度较弱;不是所有高Schmid因子的孪生变体都可形核长大。从孪生形核及长大随应变递增的演化分析可以推测:在相同晶粒内,不同位置对孪晶变体的形核强度有显著影响,显然其他的晶内微结构因素对孪生形核存在重要影响,如缺陷、位错密度等;然而孪晶长大更多地受到晶内孪生形核数、孪晶变体的类型及数量等因素的强烈影响。应用试验统计的方法揭示了镁合金多晶微结构与孪晶的统计关系,发现微结构对孪生形核与长大有着重要影响,较为系统地统计孪生形核、长大与微结构的数量关系是本部分研究工作的主要贡献。然而,微结构对孪生形核长大的作用仍没得到深入的研究,如晶粒尺寸对孪生形核的影响是晶粒本身具有的属性,还是由于多晶晶粒聚合的效应仍然不是十分确定。2、现有文献报道的镁合金塑性本构模型对孪生变形的描述大多采用伪滑移方法进行描述,这有利于将滑移变形与孪生变形结合到塑性本构关系中,但很少有文献对微结构与孪生形核等关系的模拟结果进行统计描述。本文亦采用伪滑移方法,提出以剪切应变率作为自变量构建包含滑移与孪生变形机制的晶体塑性本构模型,推导了求解本构方程的牛顿-拉普森迭代算法,以及推算出迭代中的雅可比矩阵的更新式和弹性变形梯度增量表达式。提出采用基于体素的方法建立包含微结构细节信息的三维微结构材料仿真模型,结合以上模型对挤压镁合金单轴拉伸和压缩的变形行为进行模拟计算。基于模拟结果,从不同角度给出了微结构与材料其他状态变量的模拟统计关系。3、对镁合金轧制板进行不同路径的单调加载试验,同时采用以上本构关系及相应的三维微结构仿真模型对上述试验过程进行模拟仿真。对比分析试验与模拟得到的应力应变曲线和织构演化,结果表明两者基本吻合;分析应力、应变以及孪晶体分数的演化与微结构之间的统计关系,并给出它们的统计变化趋势;进一步验证了模型的有效性以及伪滑移方法描述微结构对孪生变形的影响作用的描述能力。4、开展镁合金的低幅循环加载试验,结合孪生-去孪生变形机制,发展镁合金循环塑性本构模型。应用多晶集合体代表性单元,对低应变幅加载的循环变形行为进行数值模拟。模拟结果表明,宏观应力应变滞回曲线与循环试验结果比较吻合。对多晶织构的对比分析表明,该本构模型基本能够描述镁合金循环塑性行为的独特特征。同时,对循环过程各阶段多晶体的应力、应变以及孪晶体分数的分布演化进行对比分析,显示它们不均匀的分布特性。这部分研究工作的贡献在于建立去孪生变形模型,将其引入到文中构建的镁合金塑性本构关系中,发展了孪生-去孪生变形交替启动的机制,从而能够合理描述循环过程中镁合金孪晶体分数的演化及其对宏观硬化行为的影响。