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疲劳是生产、生活中最常见的典型失效形式,现代机械结构件因复杂服役环境而承受冲击载荷作用,冲击疲劳已成为结构件失效的主要诱因之一。精准并稳定预测冲击疲劳寿命,是充分发挥材料强度性能和确保结构件服役安全的重要保障。由于冲击疲劳损伤耦合多物理效应的复杂性,数理模型难以明确表征冲击疲劳失效规律与劣化特性,导致冲击疲劳理论体系不完整,无法满足充分挖掘材料抗冲击疲劳潜能和切实保障使役结构安全设计需要,严重威胁结构件服役安全性进而导致灾难性后果。因此,开展对金属结构件冲击疲劳寿命预测方法研究,具有重要的理论意义和工程价值,而建立准确的疲劳寿命预测模型是解决冲击疲劳难题的关键与核心。本文考虑冲击应力波动效应及动态响应,引入动态断裂应力强度因子,分析并厘清了冲击载荷下金属材料动态响应尺度律;基于损伤热力学理论,提出低周疲劳微损伤累积与宏观损伤演变耦合的本征损伤耗散能寿命预测方法,实现从动力响应向动力失效转化的表征;结合冲击疲劳特性,聚焦疲劳损伤域演变本质,构建冲击疲劳本征损伤耗散能寿命预测模型,靶向性强,且物理意义明确。同时,通过ABAQUS有限元建模与VUMAT二次开发,结合典型缺口件冲击疲劳试验数据,对比论证了冲击疲劳寿命预测方法的先进性。在损伤不可逆热力学框架下,基于疲劳损伤临界域本征损伤耗散能演化分析,开展冲击疲劳寿命预测方法研究,主要工作与研究成果如下:1、利用SHPB试验结合断裂动力学和波动理论,解析冲击应力下裂纹动态响应。通过对冲击应力波波动效应分析,建立应力波波动行为演化方程,解析应力波作用下应力应变场演变规律;通过动态断裂韧性分析,探讨冲击载荷作用下裂纹动态扩展特性。结果表明,冲击应力波促进含裂纹结构失效,且极短时间达到动平衡状态。2、基于损伤不可逆热力学框架,建立本征损伤耗散能演化模型以刻画疲劳损伤失效行为。基于Lemaitre-Chaboche损伤理论,通过对损伤过程热力学状态势与耗散势研究,分析受损材料损伤演化动力响应与本征损伤耗散耦合特性,建立材料疲劳性能劣化伤演模型,识别本征损伤耗散临界条件,为冲击疲劳研究奠定理论基础。3、构建低速冲击疲劳寿命预测模型,靶向冲击损伤演化本质。基于临界域最大本征损伤耗散能相等的等寿命条件,提出考虑平均应变效应的低周疲劳寿命预测方法,揭示了最大应变、应变幅值及材料属性和疲劳寿命的关联性,通过5种常用金属疲劳试验对比分析,本文提出的寿命预测模型位于2倍误差带内,优于现有预测模型。针对低速冲击疲劳特性,基于损伤域最大本征损伤耗散能相等的等量关系,建立冲击疲劳寿命预测模型,克服了冲击作用缺口敏感性和体积效应,具有较强的物理意义和力学基础。通过2种金属材料低速冲击疲劳试验数据对比论证,结果表明模型的预测精度位于1.5倍误差带内,与试验数据相吻合,为冲击疲劳寿命预测提供了一种新方法。4、以典型缺口件为冲击疲劳算例,实现低速冲击疲劳寿命预测模型应用分析。应用临界域最大本征损伤耗散能理论,通过ABAQUS有限元建模及VUMAT二次开发,对3种典型缺口件的冲击疲劳寿命进行理论预测,并与4种冲击疲劳寿命预测方法对比。计算结果表明:冲击疲劳寿命预测新模型可精准、稳定地预测缺口件冲击疲劳寿命,冲击疲劳寿命预测效果优于现有预测模型,为金属材料冲击疲劳寿命预测研究提供了新思路。