有限元数值模拟是验证在复杂工况下材料力学性质的最有效方法之一。本构模型决定了仿真的准确性。在动态加载过程中,由于7075铝合金力学性能受黏性效应的影响,会表现出流动应力随应力突变的现象,现有本构不能精确描述铝合金在不同应变率下的力学性能,因此需要开发出合适的本构模型,以此来研究材料在高应变率下的力学行为。本文基于Frank-Read源位错理论,从微观角度揭示了不同应变率下材料的力学行为,并构建了考虑机制转变和黏性行为的本构模型。通过压缩实验研究了 7075铝合金在中高应变率下的黏性行为,并对Abaqus进行二次开发,进行切削仿真和切削实验来研究材料在超高应变率下的黏性行为。本文的研究内容如下:1.基于位错动力学,通过理论推导的办法,分析了塑性变形中材料微观组织变形机理,根据Frank-Read源位错理论,揭示了塑性变形中不同应变率下的控制机理,建立了考虑塑性变形机制转变的材料黏性行为本构方程。此外,推导了应变率和切削速度关系式,为后续切削实验获取超高应变率提供了理论基础。2.通过霍普金森实验研究了 7075铝合金在700s-1～1 5000s-1应变率及温度为20℃～500℃的力学行为,根据应力应变曲线研究其塑性变形机理以及机制的转变,并将实验获得的数据对黏性行为本构方程进行拟合。研究表明,7075铝合金动态变形表现出了应变率效应,并在10000s-1～13000s-1应变率之间出现了塑性变形机制的转变,屈服应力出现激增。此外,7075铝合金表现出明显的温度软化效应,随着温度的提高,流动应力先缓慢下降后急剧下降,最后趋于稳定。同时对拟合结果进行了检验,结果表明黏性行为本构方程的拟合效果良好。3.基于Vumat子程序对Abaqus进行了二次开发,根据弹塑性理论推导出了屈服应力和等效塑性应变之间的关系,并根据位错理论构建了微观组织模型,将黏性行为本构模型及微观组织模型嵌入Abaqus,并将Vumat编写的黏性行为本构模型与Abaqus自带的Johnson-Cook本构模型进行对比验证。结果表明,在同一条件下黏性行为本构模型和Johnson-Cook本构模型的Mises应力及切削力随时间的变化基本一致。此外,两者在不同切削速度下的切削力仿真值的最大误差仅为8.2%,证明了 Vumat子程序编写的可靠性。4.基于Python语言完成了切削仿真模型的参数化建模,并根据热电偶方法完成了铣削实验过程中温度的测量,通过仿真模拟和切削实验两种方法研究了不同切削速度（应变率）下7075铝合金的切屑硬度、切削温度、应力、位错密度、晶粒尺寸,并进行了相互验证。结果表明,实验测量的切屑微观硬度和仿真的切屑位错密度在分布规律和随着切削速度的变化趋势上具有一致性。随着切削速度的增加,第一、二、三变形区位错密度和晶粒尺寸变化各不相同,流动应力随着应变率增加而增加,切削温度则表现为先增加后逐渐趋于平稳。此外,将仿真的平均温度和实验测出的温度进行对比,误差的平均值为2.52%,证明仿真计算的结果具有可靠性。