金属薄壁件常常作为关键承力构件被大量应用于飞机、汽车等产品中,而这些构件在实际使用中往往受力情况比较复杂,这使准确预测薄壁件的疲劳性能变得十分困难。目前针对金属薄壁件疲劳行为的研究大多集中于单轴的拉拉和拉压载荷情况,而剪切作为薄壁件主要承受的载荷之一,其对疲劳裂纹萌生和演化机制的影响规律尚不清晰。另外,金属薄壁结构在受到剪切载荷发生屈曲后仍然能起到支撑作用,而剪切载荷引起的塑性变形和屈曲疲劳必然会对薄壁件的使役性能造成影响,近年来逐步引起了众多研究者们的关注。目前针对金属薄板在循环剪切路径和复合路径下的疲劳行为研究的实验手段和理论体系还有待进一步的丰富和完善。因此,本研究首先开发了循环剪切疲劳试验机和复合路径疲劳试验机,在此基础上针对DP600板材进行应变和应力控制的低周疲劳实验,开展了循环剪切路径和拉伸—剪切复合路径下DP600的软/硬化行为、疲劳寿命、微观变形、棘轮效应、织构发展等问题的研究,主要研究内容和结果如下:开发了针对于板材的循环剪切路径和复合路径的疲劳试验装置。在分析现有试件形式和疲劳实验特点的基础上,设计了装置的整体架构,屏蔽了传动系统间隙,减弱了夹具零件弹性变形的影响,实现了剪切变形的高精度、长时间稳定采集。同时,设计的结构避免了剪切路径下的反应力矩发生,减少了复合路径下拉伸和剪切载荷之间的相互干扰。从实验结果可以观察到,应力应变曲线变化趋势连续平滑,对加载条件具有很高的反应精度,能清晰地描述疲劳加载过程中材料的力学变化。实验结果证明了设备得到的数据可靠性高、重复性好。开展了应变控制下DP600低周疲劳性行为的研究,分析了应变比对低周疲劳特性的影响规律。在不同的加载幅值和应变比的条件下对DP600进行了循环剪切路径下直到完全失效的疲劳实验,分析对比了不同应变比的软/硬化行为、循环应力应变曲线、平均塑性应变能密度、疲劳寿命,并观察了裂纹扩展过程,分析损伤机理,揭示了应变比对损伤发展过程、微观变形和织构变化的作用。结果表明,较大的应变比有利于γ-fiber织构的发展,提高了 DP600的流动性,还可以改善微观变形不均匀,从而大幅提高疲劳寿命。较大的应变比下相同加载幅值稳定段软化速率较小,并且具有更小的平均塑性应变能密度。研究了预变形对循环剪切性能的影响,通过特制夹具在力学试验机上对材料进行拉伸预变形,然后选取不同的方向的原始件和预变形件进行应变控制下的疲劳实验。结果表明,TD方向相对于RD方向具有更长的疲劳寿命,预变形后不同方向疲劳寿命差异减弱。大的预变形会减少剪切路径下疲劳寿命。开展了剪切路径下棘轮效应的研究,分析了棘轮效应对疲劳的影响。首先,研究应力幅值和均值的对棘轮应变累积的影响。然后,进行变参数循环加载实验,揭示材料硬化是棘轮抑制的内在影响因素。通过棘轮加载对疲劳循环强度和寿命影响规律的研究,发现了棘轮加载可以产生高位错密度和局部位错密度集中,会导致疲劳加载时产生局部晶粒细化,从而降低位错密度,减少微裂纹产生的风险,实现在提高循环强度的同时,延长疲劳寿命。开展了拉伸载荷与循环剪切加载相互影响规律的研究。在非卸载情况下,研究了预拉伸对单向剪切屈服点、强化速率和延伸率的影响。分析了拉伸载荷与剪切疲劳行为和棘轮效应的相互作用。研究发现不同路径的单向载荷会对另一路径产生软化作用;预拉伸变形会提高初始棘轮应变,但不会改变棘轮应变的累加趋势和速率;棘轮加载比应变控制的疲劳加载更能提高拉伸路径的强化速率,但会降低延伸率,而疲劳加载对延伸率的影响很小。