数值仿真已成为汽车设计开发过程的必要手段，而材料力学性能数据的表征精度对分析结果有着直接影响。轻量化材料的应用对于汽车节能减排和保证安全性具有决定作用，但由于这些材料实际服役状态的复杂性，现有理论尚不能很好地描述其各种情况下的变形行为。为此，本文结合物理实验和有限元逆向优化等方法，系统研究了典型轻量化材料从均匀硬化、颈缩直至断裂的塑性大变形过程，开发了考虑多方面因素的材料数据表征技术。
　　主要工作与结论如下：
　　①研究了材料均匀变形阶段的塑性行为，探讨了采用形式简单、易于处理的硬化模型表征材料变形特征的相关方法。其中，结合22MnB5高强钢在不同变形速率下的单向拉伸试验，采用有限元逆向优化方法对Swift、Voce和Hockeet/Sherby模型进行自动参数识别与优化，得到了不同应变速率下的最优硬化模型及相关参数；利用四种工况的拉伸试验以及数字图像相关（DIC）方法，与仿真分析结果进行对标，证明该法不仅方便、可行，而且具有较高精度。
　　②利用准静态下材料的外延本构曲线表征非应变率敏感材料在各种应变率下颈缩后的变形行为。其中，结合不同速率下的单向拉伸试验和有限元逆向方法，采用Swift模型、Hockeet/Sherby模型和二者加权后SHS模型对颈缩后的变形过程进行模拟对标，发现单一硬化模型难以准确预测22MnB5高强钢颈缩后的变形行为，而加权后的混合SHS模型表征精度为最高。利用得到的外延曲线对B柱侧面碰撞进行仿真，得到了很好的对标结果。
　　③应变率敏感材料的本构曲线外延时，需要考虑速度效应的影响。通过在颈缩点将应变率敏感材料的本构曲线进行归一化缩放，可得到一条率无关的“材料主线”，再利用有限元逆向法将该主线外延，得到率相关的本构曲线外延耦合模型。应用6016铝合金在不同速率下的拉伸试验数据及拟合的外延本构曲线得到的数值仿真结果，与物理试验对标良好。
　　④结合物理试验和有限元参数反求法，对GISSMO断裂模型参数进行标定，得到了考虑多因素的GISSMO失效模型。以22MnB5高强钢材料为例，研究了应变率、网格尺寸以及应力状态对断裂仿真精度的影响；应用所建立的多因素GISSMO断裂失效卡片对B柱三点静压试验进行仿真，准确预测了构件材料的失效行为。