由于具有密排六方结构,金属钛呈现高度的各向异性力学行为。钛的塑性变形相当复杂,其中滑移和孪晶在整个塑性变形中起着至关重要的作用。本文将晶体塑性理论模型与有限元方法相结合,选取纯钛晶体作为研究对象,从微观的晶粒尺度上模拟晶体结构的塑性变形过程,建立了微观塑性变形机制和宏观力学响应的关系。与经典的各向同性本构关系相比,晶体塑性理论将金属的塑性变形归结为位错的滑移和变形孪晶,所以晶体塑性理论是模拟晶体内部变形不均匀性最有效的方法,更加接近于金属塑性变形真实的物理本质。本文将滑移和孪晶变形机制考虑到晶体塑性理论中,建立了包含滑移和孪晶的晶体塑性本构模型和硬化模式,主要的研究工作如下:(1)以密排六方晶体金属钛作为研究对象,通过滑移、孪晶的晶体学特征与剪切变形、梯度张量之间的关系建立了微观塑性变形机制和宏观力学响应的关系。基于经典的Taylor模型,将变形孪晶考虑入晶体塑性理论中,推导了由滑移、孪晶及其相互作用共同作用的晶体塑性本构关系。针对拉伸孪晶和压缩孪晶不同的变形模式和硬化特点,对它们使用了不同的硬化模型来描述。(2)通过开发用户自定义材料本构关系子程序UMAT,在有限元软件ABAQUS中实现了晶体塑性有限元的模拟。建立了单晶钛单轴加载的模型,分别采用了三种不同位向的单轴压缩,考虑了由柱面、基面、锥面和锥面滑移及其拉伸孪晶、压缩孪晶共六种变形机制产生钛的塑性变形,使用了统一的材料参数完成从微观角度对密排六方金属钛塑性变形的模拟。得到了三种位向的应力应变曲线,与相应的仿真结果进行对比,发现数据吻合性很好,说明晶体塑性理论在描述材料力学响应和织构演化的合理性。(3)基于粘塑性自洽模型,分析了晶体的塑性行为从微观物理量向宏观物理量的过渡,采用从晶粒和集合体两个角度描述材料的本构。并对粘塑性自洽模型进行更改,使用Voce硬化模式进行模拟。模拟了钛单晶体三种不同位向的准静态单轴压缩变形和两种不同位向的动态压缩变形以及钛多晶体的随机位向单轴拉伸、压缩变形,得到相应的应力应变曲线、激活率曲线以及织构变化极图,与实验结果非常吻合。