材料的疲劳损伤主要以裂纹的形式表现出来,由于疲劳损伤演化行为关系到材料的疲劳寿命,目前已成为整个疲劳领域的重点研究问题之一,但未形成比较完善的研究体系。利用分形理论研究材料的疲劳损伤具有一定的局限性,不能全面描述损伤表面的信息,多重分形建立在分形理论的基础上,弥补了分形理论在对疲劳损伤进行描述时的缺陷,为疲劳损伤研究开辟了新的途径。本文采用20#钢材料,对其进行复杂应力状态下高温疲劳试验,以疲劳损伤表面裂纹演化行为作为研究对象,通过试验手段及观测采集技术获得疲劳损伤表面的裂纹生长行为特征,采用多重分形方法进行研究分析,探究高温下疲劳损伤演化行为的规律。本文的主要内容可概括如下：1、对高温疲劳损伤的研究背景及意义进行了阐述,归纳总结了目前疲劳损伤研究领域中疲劳累积损伤理论的模型与方法,回顾了分形理论的优缺点,对多重分形理论的应用及计算进行了详尽的描述。2、对试件材料进行了不同加载条件下的高温疲劳试验,由此获得了一系列不同加载条件下及不同循环次数下的疲劳表面损伤图像,利用疲劳累积损伤理论研究了材料表面损伤因子D随疲劳寿命的变化关系,研究表明,材料的疲劳损伤大概经历三个过程：快速增加、缓慢增加、跳跃趋势。3、结合多重分形谱的物理意义,将多重分形理论应用于材料疲劳损伤研究中,通过Ostu阈值分割法进行图像处理,得到不同应变幅下损伤演化的二值化图,采用多重分形谱理论对材料表面的损伤演化进行描述,并引入了描述疲劳裂纹分布复杂程度的多重分形谱的谱宽Δa及谱高Δf通过试验结果表明,多重分形谱f(a)是一种有意义的表征参数,其中多重分形谱的谱宽和谱高随疲劳寿命按快速增加、缓慢增加、跳跃增加的趋势变化,能够从多分形角度对材料的损伤程度及疲劳裂纹演化过程的几个阶段进行定量化的分析与解释。4、通过对材料的几种不同寿命预测方法进行描述及比较,将多重分形谱谱宽作为描述损伤量的一个参量,提出了基于多重分形理论的寿命预测方法,为建立材料表面的分形特征与疲劳寿命之间的内在规律找到了新的思路。