随着高强度、低塑性轻质合金在现代工业中的应用越来越广泛,如何提这类材料的成形性成为板材加工领域的研究热点之一。粘性介质压力成形(Viscous Pressure Forming, VPF)是一种板材软模成形新工艺,采用高粘度、可流动的半固态软模(称为粘性介质)作为传力介质,能够提高成形件的形状尺寸精度、表面质量和壁厚分布均匀性,在金属精密塑性成形中具有良好的应用前景。深入研究粘性介质对板材变形的影响规律,对于粘性介质性能的合理利用和成形方案的优化具有重要的指导意义。本文通过粘性介质压力胀形(Viscous Pressure Bulge, VPB)过程的光测试验分析、理论分析和有限元分析手段,系统地研究了粘性介质对板材稳定变形和失稳发展过程的影响规律,得到粘性介质切向粘着应力对试件材料流动、形状、应力应变分布以及变形薄弱区失稳发展过程的影响规律,解释了粘性介质有助于提高VPF板材变形均匀性和成形极限的原因。根据本文的工作不仅可以加深对粘性介质与板材相互作用过程的理解,而且可以扩展粘性介质压力成形的应用范围,对于实际生产具有重要的指导意义。首先,设计了粘着拉伸试验和光塑性测量方法相结合的试验方案,分析切向粘着应力作用下板材单向拉伸变形行为,并与传统单向拉伸试验进行比较分析。获得了聚碳酸酯试件的等差线条纹图,根据条纹分布对粘着拉伸试件平面内的应变分布进行全场定性分析和定量计算,并且分析了粘着拉伸试件应力状态,得到应力应变关系。结果表明切向粘着应力可以使试件发生较大的塑性变形,粘着拉伸试件的变形符合传统单向拉伸试件变形规律。面分布的切向粘着应力可提高试件应力和应变分布的连续性和稳定性,有利于延缓应变集中的发生。利用投影散斑数字相关(Projected Speckle Digital Correlation, PSDC)方法的连续测量特征,设计粘性介质压力胀形过程试件三维形状的投影散斑测量装置,分析不同粘度粘性介质和不同加载速度条件下试件形状的变化规律,确定切向粘着应力对胀形试件应力和应变分布的影响。相对于液压胀形试件,粘性介质胀形试件半径较大处趋于扁球状,试件顶端区域趋于长椭球状。切向粘着应力随介质粘度和加载速度增加而增大,促进半径较大区域的变形,阻碍试件中心的变形,降低应变梯度,使应变分布趋于均匀。试件顶点的流动应力随介质粘度减小和加载速度增加而增大。利用电子散斑干涉方法(Electronic Speckle Pattern Interferometry, ESPI)连续测量了胀形过程的应变速率,根据应变速率分布特点分析试件的应变集中现象,研究了分散性失稳和集中性失稳发展过程。通过散斑条纹图实时观察了缺陷发展引起分散性失稳、凹槽形成和扩展、引起集中性失稳直至试件破裂的失稳演化全过程,确定了分散性失稳和集中性失稳极限应变,研究粘性介质对胀形试件失稳发展过程的影响。试验结果表明粘性介质提高胀形试件成形极限的主要原因是粘性介质能明显延缓板材缺陷出现和发展,阻碍失稳区扩展,提高分散性失稳极限应变,从而提高了集中性失稳极限应变。其次,在形状变化与失稳过程试验研究结果的基础上,建立了有限元模型对粘性介质胀形失稳过程进行分析。采用带有损伤效应的塑性模型作为板材材料模型,通过有限元方法得到胀形试件缺陷出现和发展、分散性失稳、集中性失稳和破裂等各失稳阶段失稳区内的变形发展过程,失稳区位置、形状和发展过程与试验结果比较一致。有限元分析模型可为粘性介质压力成形试件的成形极限预测和成形方案的优化提供指导。最后,建立了加入切向粘着应力的粘性介质胀形理论分析模型,研究切向粘着应力对胀形试件应力状态和形状、应变分布等力学行为的影响规律。理论分析结果与试验结果相互验证,解释了粘性介质使试件应变分布趋于均匀的试验现象,并预测了粘性介质对试件变形危险点位置的影响规律,为切向粘着应力的合理应用提供了理论指导。