在环境问题日益凸显的今天,节能重压下,结构材料的薄壁化已成为金属材料研究的重要发展方向之一。由薄壁材料加工而成的零件已经深入到民用、军事、医疗等各个领域,为了避免灾难性故障,薄壁材料失稳现象分析成为了研究的重中之重。本论文根据经典塑性理论,配合实验及有限元仿真对金属薄壁管、薄板的成形性能,尤其是失稳变形规律和失稳机制开展了分析与讨论,并针对先进高强钢薄板较特殊的失稳断裂特点,提出了优化其冲裁与扩孔过程的加工工艺和试验方法。主要内容及创新点如下:通过大量薄壁管单向拉伸实验,基本明确了失稳断裂过程中细颈区内、外管壁偏移及拉伸断裂方向的变化规律,阐明了原始管径和壁厚对失稳中内、外壁偏移方向和偏移量的影响规律,揭示了薄壁管拉断角度的形成机制。探明了5A03铝合金薄壁管承受单向压缩载荷作用下的失稳现象。发现铝合金薄壁圆管的单轴压缩失稳表现为具有一定规律性的非轴对称屈曲压溃,并通过实验与有限元仿真对比分析了薄壁管高径比、上下端面摩擦对压溃形式的影响。提出了完整体现薄板单向拉伸中失稳与断裂过程的一种近似有限元模拟方法,并配合实验和经典塑性力学理论,分析了板材单向拉伸失稳过程中的交叉颈缩现象、三向应力分布及细颈区内可能发生的应力主轴方向的转动;利用有限元仿真结果辅助证明了初始裂纹形成于板料颈缩区中心内部;阐明了诱发横向主应力是导致拉伸断裂角度的理论计算值54.74°与实验结果差异较大的主要原因之一。根据拉伸失稳的变形规律分析了先进高强钢薄板的冲裁及扩孔过程成形质量,论证了冲裁断面残余应变与先进高强钢板在后续加工中成形极限的相关联性;对比研究了多种形状冲头对先进高强钢薄板冲裁质量的影响;国际标准扩孔试验中10mm孔径的参数设置并不是分析汽车用先进高强钢板成形性的理想孔径,通过调整冲孔直径和优化冲头形状,建立了更适用于高强钢扩孔率测量的试验参数。探究了扩孔过程中临界减薄和临界应变两种失稳断裂预测方法,对比了二者的适用范围。另外,创建了一种预测非完美断面质量冲孔经过扩孔后断面应变值的简易有限元仿真方法,并验证了其准确性。