随着微观技术的发展,一些工程元件的尺寸愈来愈小,在分析构件的力学行为时,一些表征材料宏观特性的固有参数已不再适用。大量的疲劳破坏实验表明,材料的微观结构对疲劳破坏的宏观行为有重要影响。因此,如何描述材料损伤由微观缺陷到宏观断裂的整个跨尺度疲劳过程已成为力学领域研究的热点问题,本文的主要工作如下:(1)应用约束应力区描述材料的损伤状态,考虑约束应力线性分布,建立了约束应力区裂纹模型。在宏观尺度下,不考虑微观裂纹尖端,应用复变函数的方法对该约束应力区裂纹模型进行了求解,得到了应力强度因子与裂纹张开位移的解析解。通过数值计算,分析了远场应力、约束应力比及裂纹尺寸对应力强度因子与裂纹张开位移的影响。(2)应用Muskhelishvili方法,对含微观裂纹尖端的约束应力区裂纹模型,分别在宏观与微观尺度下进行解析求解,得到了宏/微观应力强度因子与裂纹张开位移的解析解。通过数值计算,分析了各宏/微观量对应力强度因子与裂纹张开位移的影响。(3)应用宏/微观裂纹张开位移连续条件耦合宏观与微观尺度,得到了跨尺度应变能密度因子的解析解。以跨尺度应变能密度因子增量作为疲劳裂纹扩展的控制参量,建立了宏/微观跨尺度疲劳裂纹扩展模型。(4)以LC4铝合金光滑板试件为例,应用该跨尺度模型,精确拟合出LC4光滑板试件的S-N试验曲线,从而验证了该跨尺度模型的准确性。通过数值计算,分析了初始微观缺陷尺寸、无因次参量的演化过程对疲劳裂纹扩展行为的影响。此外,当考虑微观效应影响时,疲劳试验数据的离散性也可通过该模型反映出来。