电子束焊作为一种优良的连接加工技术,在航空航天制造领域应用日益广泛,尤其在新一代航空发动机的重要承力部件中得到应用。这也对此类构件疲劳性能的评估提出了更高的要求。结构疲劳研究中广泛采用的唯象模型难以揭示疲劳破坏的物理机制和过程,且需要大量的时间和成本,因此采用数值模拟的方法从微观角度来研究疲劳失效成为研究的热点。本文以TC4-DT钛合金电子束焊接头为研究对象,考虑接头区微观组织非均匀性的影响,基于位错滑移理论,对其裂纹萌生展开数值模拟及试验研究。本文首先基于传统泰森多边形法和经改进的泰森多边形法,分别建立了TC4-DT母材区等轴晶组织及电子束焊接头区(包含柱状晶、细等轴晶和粗等轴晶)微观组织的几何模型。所建立的几何模型与金相试验结果吻合较好。随后采用自主编写的前处理程序,将上述建立的几何模型导入有限元软件ABAQUS中,为裂纹萌生模拟奠定基础。本文对ABAQUS进行二次开发,将Tanaka-Mura位错滑移理论与有限元法相结合。对建立的微观组织几何模型赋予晶粒取向和滑移带,并在此基础上建立了TC4-DT母材和电子束焊接头区的有限元模型;针对晶界处裂纹的连接与合并,对Tanaka方法进行了改进。基于改进的模拟方法,对TC4-DT母材区等轴晶组织疲劳裂纹萌生过程进行数值模拟,研究了不同载荷水平和晶粒尺寸对疲劳裂纹萌生寿命的影响规律;此外,文中还对电子束焊接头区疲劳裂纹萌生过程进行了数值模拟,研究了不同载荷水平对焊缝区裂纹萌生位置的影响;并考察了热影响区晶粒尺寸对裂纹萌生寿命的影响规律。通过多角度对比,建立了一种考虑电子束焊接头微观组织特征的疲劳裂纹萌生数值模拟方法,可较为准确的预测电子束焊接头裂纹萌生寿命和裂纹萌生位置。最后,本文设计并加工了带半圆形缺口的TC4-DT电子束焊接头试验件,对试验件疲劳损伤过程进行中断观察试验,观测了接头区的疲劳裂纹萌生过程。结合子模型技术对缺口试件接头区疲劳裂纹萌生过程进行数值模拟,将模拟结果与试验进行对比,初步验证了本文所建立数值模拟方法的合理性。