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薄壁管内高压成形已成为航空、航天、汽车等领域制造轻量化结构件的主流技术。异形整体薄壁管件成形过程涉及拉-拉、拉-压应力状态以及因剪应力导致应力主轴与管的物理主轴不重合等复杂应力状态,同时管坯具有明显各向异性,使得成形过程变得异常复杂。而目前塑性变形行为和本构模型的研究局限于拉-拉应力状态的部分应力区间,导致数值模拟存在本征误差。为此,本文提出新的双轴应力可控加载及薄壁管纯剪切实验方法,对各向异性薄壁管复杂应力状态下的塑性变形行为进行系统研究并建立精确本构模型,为复杂管类构件成形提供理论指导和技术支撑。为研究薄壁管复杂应力状态下的塑性变形特性,发明了薄壁管双轴应力可控加载测试方法,研制出专用测试装置。解决了薄壁管无法在拉-压应力状态下可控加载的难题,实现在拉-拉、拉-压全应力域内精确可控加载;解决了现有双轴加载测试方法在应变、轴向曲率半径测量方面存在精度不足的问题,可准确获得薄壁管变形全过程的应力、应变等数据。通过双轴应力可控加载实验研究了AA6061-O铝合金挤压薄壁管在拉-拉、拉-压全应力域内的塑性变形特性,并讨论了三种常用本构模型Hill48、Barlat89和Yld2000-2d的预测准确性。AA6061-O薄壁管的屈服行为在拉-拉和拉-压应力状态下均呈现各向异性,且在拉-拉应力状态下更为明显。塑性流动行为在拉-拉应力状态下呈现明显各向异性,而在拉-压应力状态下则趋于各向同性。拉-压实验数据确定的三种本构模型均可准确预测拉-压应力状态下的屈服和塑性流动行为,拉-拉实验数据确定的Barlat89和Yld2000-2d本构模型可以准确预测拉-拉应力状态下的屈服和塑性流动行为。但由于这些模型灵活性不足,均无法同时准确预测拉-拉和拉-压应力状态下的塑性变形行为。为同时准确预测拉-拉和拉-压应力状态下的塑性变形行为,提出了一种新各向异性本构模型。新模型解决了常用各向异性本构模型无法同时适应拉-拉和拉-压应力状态下屈服轨迹、流动方向变化的问题。通过AA6061-O薄壁管双轴应力加载实验对新模型的准确性进行了验证。结果表明,新模型可准确预测拉-拉和拉-压应力状态下铝合金薄壁管的屈服行为和塑性流动方向。此外,还通过VUMAT子程序将模型嵌入ABAQUS有限元软件中模拟典型内高压成形过程,从工程实践角度进一步验证模型的准确性。结果表明,新模型能够明显提高铝合金薄壁管内高压成形过程轮廓形状和壁厚分布的预测精度。为构建考虑剪切应力的各向异性铝合金薄壁管本构模型,提出了一种基于双V切口管状试样实现纯剪切的实验方法。通过数值模拟验证了所设计试样的合理性、可靠性。通过剪切实验获得了AA6061-O薄壁管的剪切应力-应变关系,给出了剪切与轴向单拉屈服应力之比,据此建立了考虑剪切应力的各向异性铝合金薄壁管本构模型。通过模拟铝合金薄壁管斜切口试样拉伸过程,验证了所建模型用于预测薄壁管含剪切应力条件下塑性变形行为的准确性。基于虑及剪切应力的各向异性薄壁管本构模型,建立了测定薄壁管面内任意方向各向异性参数的理论,解决了现有实验方法无法获得该参数的难题。获得了AA6061-O薄壁管面内任意方向单轴屈服应力和r值。屈服应力从0°到90°范围内先增大再减小,约50°时达到最大值。r值也具有相同变化规律,约50°时达到最大值0.680,分别比轴向和环向高46.9%和16.0%。