体积成形中的金属流动规律是塑性加工领域最关心的问题之一，控制成形过程中的金属流动行为是体积成形工艺成败的关键。塑性加工力学的本质是研究力与塑性变形之间的关系，经典塑性力学里的增量理论解决了应力与应变增量之间关系的问题，是塑性有限元方法的基础。本文主要研究应力场与金属宏观变形流动行为之间的关系，深入探讨复杂应力场中决定质点流动方向的参量，并探讨与质点流动方向相关的理论和实际问题。　　首先研究了三维复杂应力场及其特征量的全区域可视化表征方法。利用应力应变张量方块图来表征应力和应变的大小、主轴方向及其变化规律。利用等值线（面）图和云图实现应力场特征标量的全区域可视化，利用矢量图和流线图实现了位移场、速度场和质点流动轨迹的全区域可视化。　　针对传统工艺实验方法无法控制变形过程中应力场的问题，提出了一种可实现应力场可控的新实验方法——充液压缩方法。该方法通过施加在试样上的可控液压控制试样压缩变形过程中应力场，为研究金属流动行为与应力场之间的关系提供了有效的实验手段。　　发明了嵌入螺柱法，并通过圆柱体压缩实验研究了该方法的实现过程和适用范围。该方法克服了传统物理模拟和工艺实验方法无法在变形前不剖分试样的前提下观测真实金属材料试样变形过程中内部流线和应变分布的问题，且该方法不受温度和受力条件的限制。　　提出了离散标量场中的梯度方向求解算法，用数值方法求解了平板间圆柱体压缩、圆环压缩、挤压塑性区和无限长矩形截面坯料压缩等典型轴对称和平面应变问题中应力场的平均应力梯度方向。通过可视化对典型轴对称和平面应变问题中的质点流动方向和平均应力梯度方向进行表征和比较分析，结果表明质点流动方向与应力场的平均应力梯度方向基本保持一致，即在二维问题中质点沿平均应力增大最快的方向流动。对圆柱和圆环压缩局部区域的应力和速度分析表明，质点运动速度大小与平均应力梯度大小间存在比例关系。　　对矩形截面坯料、方环和L型截面坯料压缩过程以及汽车转向连杆锻造过程等三维问题进行了数值模拟和可视化，研究了三维塑性变形问题中质点流动方向与应力场的平均应力梯度方向的关系，结果表明在复杂三维应力场中质点流动方向与平均应力梯度方向也大致保持一致。　　研究了轴对称问题中金属流动分界面的实验观测和模拟结果可视化方法。证明了在轴对称塑性变形中，金属流动分界面上的罗德系数为零。并由此研究了金属流动分界面及罗德系数零值面的性质及其与变形类型的关系。　　利用充液压缩方法和圆环压缩实验研究了静水应力和偏应力场对金属变形流动行为的影响。实验和模拟结果表明，仅改变静水应力而不改变偏应力场不改变金属的变形流动，但提高静水应力可以提高材料的成形性；改变偏应力场分布可显著改变金属的变形流动行为。