中文摘要：

镁合金是目前世界上最轻的金属结构材料，是实现汽车轻量化的理想金属材料。在一定的温度条件下，镁合金的本构关系以及工件与模具间的摩擦系数，是重要的成形参数。传统测试方法，试样处于单向应力状态，并且由于摩擦的原因，需要对测试结果进行修正，测量摩擦系数还需要另外的实验。本项目提出一种改进的极限拱顶高度试验，试样处于二向应力状态，这与实际成形过程中工件的应力状态相似。采用有限元逆向分析技术，将确定材料流动应力模型和工具试样间摩擦系数问题处理为优化问题，通过优化迭代可同时得到流动应力模型和摩擦系数。设计和研制适合测量镁合金流动应力和摩擦系数的极限拱顶高度试验装置，研究有限元逆向分析方法实现步骤，推导目标函数对设计变量的梯度，编写逆向分析程序，研究不同温度条件、成形速度以及润滑条件对镁合金成形性能的影响，为镁合金塑性成形有限元模拟和工艺优化设计提供可靠的材料参数和理论依据。

结论摘要：

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，广泛应用于航空航天、电子和汽车等行业，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。在一定的温度条件下，镁合金材料的流动应力(即本构关系)以及工件与模具间的摩擦系数，是有限元数值模拟重要的输入参数，也是镁合金成形工艺设计的依据。传统流动应力测试方法，例如单向拉伸或压缩法，试样处于单向应力状态，这与实际成形时的应力状态不同，并且由于摩擦的原因，需要对测试结果进行修正，测量摩擦系数还需要另外的实验。本项目在国家自然科学基金的资助下，开展了镁合金塑性成形本构关系和摩擦系数有限元逆向确定方法及实验的研究，以期提供一种镁合金材料性能、材料参数测试方法，为镁合金板料数值模拟提供精确的输入参数，扩大镁合金材料的塑性成形应用范围。按照项目的研究计划，本课题已基本完成研究内容，并开展了部分后续的研究。课题取得了以下主要研究成果(1)提出了一种改进的极限拱顶高度试验，用于镁合金板料的本构关系和摩擦系数的测定，该实验可以用来测定镁合金板料在不同工艺参数下的本构关系和摩擦系数；(2)提出了一种确定材料本构关系的有限元逆向分析方法，将确定材料流动应力模型问题处理为优化问题，以实验得到的行程-载荷曲线与有限元模拟得到的行程-载荷曲线之间的差异作为目标函数，以流动应力方程中的系数作为优化参数，通过优化迭代可得到镁合金材料的流动应力模型；(3)提出了一种确定凸模与镁合金板料之间摩擦系数的方法，通过在试样中心加工一圆形的孔洞，根据试验过程中的圆孔直径变化确定凸模与镁合金板料之间摩擦系数，提出了通过有限元数值模拟进行摩擦系数标定的方法；(4)实验研究了工艺参数对镁合金板料塑性成形性能的影响规律，确定了镁合金板料最佳的塑性成形条件；(5)作为课题的后续研究，初步研究了分步成形对镁合金板料塑性增强和成形性能的影响，研究表明镁合金板料通过分步加载，可以提高材料的塑性性能。本项目在国内外共发表了6篇论文，其中被SCI收录的2篇，被EI收录的6篇；接收并特发表的论文2篇；申请发明专利5项，其中已授权1项；授权实用新型专利1项；培养博士生1名，硕士生2名，在读硕士生2名。