镍基单晶气膜孔结构由于其优良的高温力学性能和冷却效果，被广泛的应用于先进航空发动机叶片制造。气膜孔的存在破坏的叶片结构的完整性，严重影响其强度、寿命。本文针对镍基单晶气膜孔结构的加工铸造、结构特点及其服役环境，采用试验研究、理论分析与有限元模拟的方法，开展气膜孔结构疲劳性能的研究，既有理论指导意义又用实际工程应用价值，主要进行了以下几个方面的工作：(1)对电火花、毫秒激光加工的镍基单晶单个和多个气膜孔平板试件进行低周疲劳试验，通过扫描电子显微镜的检测分析，研究了再铸层的结构及其对疲劳寿命的影响，结果表明：加工气膜孔产生的孔壁再铸层外层为等轴晶，该部分C、O元素含量较高，与基体相邻的内层为胞状晶；低周疲劳断裂过程中会产生沿着再铸层与基体交界面发展的裂纹；电火花加工气膜孔产生的再铸层厚度小于毫秒激光加工再铸层的厚度；随着再铸层厚度的增加，试件的低周疲劳寿命不断下降。(2)采用二次元影像测量仪检测气膜孔的孔径与圆度，对带有不同圆度误差气膜孔的镍基单晶平板试件进行了低周疲劳试验，同时建立不同圆度的气膜孔有限元模型，采用晶体塑性有限元法分析了模型的低周疲劳寿命和疲劳裂纹扩展路径，研究表明：疲劳起始阶段，裂纹沿最大应力梯度方向萌生并呈I形，稳定扩展阶段，裂纹沿{111}滑移面开裂并呈Z形，瞬断阶段，裂纹不再改变，试验与有限元分析相吻合；激光加工气膜孔产生的圆度误差会使得试件在高温下的低周疲劳寿命显著降低，约39.1%；气膜孔的圆度误差越小，试件的高温低周疲劳寿命越大；试件的对数疲劳寿命与气膜孔的圆度误差呈二次曲线关系。(3)以不同曲率的单个气膜孔弯曲薄壁结构为对象，基于晶体滑移损伤理论对其进行900℃/540MPa条件、[001]取向下疲劳性能的有限元研究，研究表明：弯曲结构凸面的疲劳分切应力集中更加明显，疲劳损伤沿孔径厚度方向分布不均，凸面的损伤大于凹面，曲率越大凸面的损伤越大，凹面则相反；随着曲率半径的增大，最大分切应力值不断降低而疲劳寿命逐渐增大；当曲率半径小于10mm时，曲率对分切应力及疲劳寿命的影响较显著，曲率半径大于10mm之后，弯曲结构可以用平板结构来代替。曲率半径与对数低周疲劳寿命呈指数函数关系。