在工业生产过程中,材料发生韧性断裂导致零件直接报废的现象十分常见,因此采用数值模拟方法预测材料在成形过程中的起裂位置、起裂时刻以及裂纹扩展方式至关重要。数值模拟结果的准确性依赖于所选取的材料本构模型以及韧性断裂准则。当前大多数断裂模型的研究都集中在比例加载条件下,少数适用于非比例加载条件的断裂模型也基本上是面向比例加载断裂模型的扩展。由于工业生产过程中材料往往处于复杂应力状态,适用于比例加载条件下的韧性断裂模型在非比例加载条件下的适用性有待进一步评估,非比例加载条件下材料韧性断裂形式和机理也有待进一步研究。本文设计了一组宽应力三轴度范围的非比例加载试验,得到相应的载荷-位移/扭角曲线。在此基础上对两种参数确定方法,即代数解析法和曲面拟合法确定的韧性断裂准则在比例与非比例加载条件下的适用性进行了评估。运用ABAQUS/Explicit及用户子程序VUSDFLD,结合试验确定断裂起始点,研究复杂加载条件下断裂起始点的平均应力三轴度、罗德角和等效断裂应变的变化趋势,分析了应变路径变化对断裂成形极限的影响。观察三维断口形貌,分析了非比例加载条件下材料的韧性断裂机制。主要研究成果如下:1)相对于材料参数单一的韧性断裂准则,准则中的参数越多曲面拟合自由度较高,由此,曲面拟合法能够提高断裂准则在宽应力三轴度范围的断裂预测精度。然而,两种方法所确定的断裂准则参数仅在单拉和纯扭试验与预加载较小的非比例试验中有较高的断裂预测精度,且仅在比例加载条件下曲面拟合法的精度优于代数解析法。随着预加载的增强,两种方法确定的断裂准则的预测精度不断降低。可见,两种参数确定方法均不能完全适用于非比例加载条件。2)在同类非比例加载试验中,随着预加载量的增加,断裂起始点的平均应力三轴度有所降低,一定程度上抑制了第二阶段的孔洞长大,使得最终的等效断裂应变值明显增大。对于拉-扭试验,在预扭阶段应变沿着纯扭趋势发展,而进入拉伸阶段后应变并非沿着单拉的应变路径进行变化;对于压-扭试验,在预压阶段应变沿着单向压缩的应变路径变化,而扭转阶段则沿着平行于纯扭的应变路径变化。3)通过断裂试样三维断口形貌的观察,分别从宏观和微观上描述了韧性断裂演化过程。对于拉-扭试验,在预扭阶段,孔洞形核并沿着剪切方向逐步拉伸为椭球形;在拉伸阶段,孔洞在轴向拉应力的作用下逐渐长大,直至聚集成微裂纹。主导断裂机制演变过程:拉伸型、拉剪混合型到剪切型。对于压-扭试验,孔洞形核并在轴向压应力作用变成椭球形;在扭转阶段,孔洞在剪切力作用下进一步增加,沿着剪切方向继续拉长,孔洞聚集形成许多微小剪切面,最终汇聚为较为平整的断面。主导断裂机制为剪切断裂。