新能源汽车受到电池和自身重量的限制,续航里程往往不理想,而汽车轻量化是解决目前新能源车续航里程矛盾的关键手段,因此,汽车工业对汽车轻量化的需求变得尤为迫切。铝合金拥有着高强度、低密度和抗腐蚀性能好的特点,是汽车行业一类重要的轻量化材料。然而,铝合金的室温成形塑性较低,采用传统冲压工艺进行成形时,铝合金容易出现断裂、局部颈缩等缺陷。研究表明,在高速率加载条件下,铝合金具有极佳的塑性,因此高速率成形工艺成为一种解决铝合金塑性缺陷的方法。高速率成形工艺开发设计对仿真模型提出了更高的要求,特别是高应变率下的本构和失效模型。目前对铝合金在高速下断裂失效预测的研究尚有不足,获得材料高应变率下的断裂参数的实验手段仍有欠缺。因此,通过更完备的实验有效获取高速率加载条件下铝合金板料变形历史以及断裂参数,从而获得准确的材料高应变率本构和断裂模型,建立高应变率成形工艺失效预测判定模型,对于高速率成形工艺的推广和实现汽车轻量化有重大意义。本文的主要研究内容及研究成果如下:（1）建立适用于AA5052-O铝合金高速成形的本构模型和仿真模型。首先在准静态和中应变率下,利用数字图像相关法（Digital Image Correlation,DIC）,得到了在大应变范围下拉伸实验试样的真实应力-应变关系曲线,建立了Cowper-Symonds应变率修正本构方程。然后,基于电磁成形原理,提出了测试试样的电磁胀形-拉伸变形转化方法,分析了方法的应变率稳定性以及力的测量原理,获得了材料在磁脉冲加载情况下的高应变率本构关系。结果表明,提出的新型电磁拉伸方法能获得理想的拉伸过程,建立的本构模型适用于电磁成形。最后,利用三维高速DIC,研究了磁脉冲平板线圈自由胀形的过程中材料的动态变形规律,建立了磁脉冲平板线圈自由胀形的有限元-边界元耦合模型。结果表明,建立的有限元-边界元耦合模型仿真结果与DIC测试结果吻合良好,模型在电磁场及材料本构相关的结构场的耦合场中准确度足以达到后续的研究要求。（2）研究材料在不同应力状态和应变率下的损伤断裂过程及其实验测试方法。首先,利用DIC方法,通过准静态标准和缺口试样单拉实验,以及传统Nakazima实验,获得了准静态下的材料的变形历史和断裂应变。随后通过应变率范围在1～100 s-1的缺口试样高速拉伸试验,研究了不同应力状态和应变率下,材料的断裂失效应变、应变集中以及损伤起始规律。结果表明,铝合金的断裂失效应变随着应变率的上升而显著上升,高应变率下的惯性效应能显著减缓材料软化导致的应变集中,但应变率对损伤起始点的影响不显著。最后,基于新型电磁拉伸方法,提出了电磁双轴拉伸方法,设计了适用于高应变率双拉的十字形试样,获得了双拉应力状态下材料的高应变率断裂失效应变和变形历史。结果表明,电磁双向拉伸方法突破性地解决了高应变率双拉状态下材料断裂参数的测试难题,设计的高应变率十字形试样解决了应力波反射导致的臂断、缝断和过渡区失效的问题,变形历史可以判断材料的损伤失效过程。（3）揭示高应变率下不同应力状态和应变率下的损伤机理,建立高应变率韧性损伤模型。开展了断口EBSD（电子背散射衍射）和SEM（扫描电子显微镜）实验,研究了不同应变率和应力状态下材料断裂的微观组织变化和断裂模式。结果显示,高应变率断裂试样断口附近的组织,亚晶界吸收了大量位错使得晶粒更加细化,冲击作用抑制了变形过程中组织择优取向的产生,塑性较好的退火态立方织构组织得以部分保留,而准静态下断裂的试样断口附近组织,则全部转化为塑性较差的铜织构、黄铜织构和S织构。高应变率断裂试样与准静态断裂试样的断口相比,高应变率试样断口韧窝更多,惯性效应使得孔洞更少地聚集为大空穴。依据获得的断裂实验数据,首先建立了准静态条件下AA5052板材的断裂模型。随后,探究了不同应力状态下材料断裂应变的应变率敏感特性,分别建立了应力状态相关的和无关的应变率修正断裂模型,结合Gissmo损伤演化模型,破裂起始模型,建立了完整的韧性损伤预测模型。结果显示,断裂应变的应变率敏感效应具有明显的应力状态相关性,在平面应变状态下具有最高的应变率效应系数,而材料的破坏起始应变在研究的应力状态范围内不具备明显的应力状态相关性。（4）验证了建立的损伤预测模型的有效和必要性,开展了损伤预测的应用研究。设计了不同能量下的电磁圆自由胀形试验,研究了不同放电能量下板材的最终失效模式,并与加载了所建立的损伤预测模型的仿真模型计算结果进行对比。结果显示相比于应力状态无关的高应变率修正,加载了应力状态相关的高应变率修正断裂模型能更准确预测板料的失效模式。提出了可视化的高速成形三维断裂极限图,以及判断材料变形潜力的断裂裕度概念。利用建立的断裂模型,分析了惯性效应对高应变率形变应变集中效应的重要作用。结果显示,高速成形三维断裂极限图和断裂裕度图能有效帮助工艺开发者直观的判断材料的断裂失效和变形潜力。高应变率下惯性效应大小受到试样形状的影响,而惯性效应对材料的应变集中有显著的影响,证明传统以颈缩判定失效的FLC模型难以直接应用在高速成形失效预测中。