工程实际中,很多构件受到疲劳循环载荷的作用可能发生突然的断裂,造成极其严重的安全事故和巨大的经济损失。而构件受到的疲劳循环载荷多为变幅循环载荷,而单个拉伸过载是最简单的变幅载荷形式。同时很多载荷谱可以近似于在常幅循环载荷中施加多个过载,对单个或者多个拉伸过载下裂纹扩展行为的研究,才能更深入系统地揭示变幅载荷下的疲劳裂纹扩展机理。同时拉伸过载可以延缓裂纹扩展,为提高构件的疲劳裂纹扩展寿命提供了一种可能途径。近些年来,人们对过载的认识也有了很大程度上的进步,但还不够充分,尤其在其过载迟滞机理、微观分析等方面。本文从宏观与微观两个层面进行了试验研究来分析疲劳过载的内在迟滞机理,主要工作包括以下三个方面:(1)过载比和过载间距对疲劳过载延迟寿命的影响研究。对裂纹施加了不同间距的两个过载,发现随着施加间距越大,裂纹扩展延迟寿命越长,表明两个拉伸过载之间的相互作用是不利于裂纹扩展迟滞的。同时两次过载的延迟寿命远远低于更大过载比所带来的延迟寿命,可见过载比对延迟寿命的影响比过载间距更大。(2)基于裂纹闭合和残余应力的疲劳过载迟滞研究。研究了裂纹闭合和残余压应力两个主要影响因素对单个拉伸过载迟滞的影响,对应力强度因子幅度的衰减度进行了改进。在应力比为0.7的常幅循环载荷中施加单个拉伸过载,用数字图像相关(DIC)技术证明了过载后无裂纹闭合,并从它的过载衰减曲线中得出残余压应力对过载后裂纹扩展速率的影响呈单调递减的趋势,此时残余应力对裂纹扩展迟滞起到了主要作用。对于应力比为0.1的情况,过载迟滞峰值高、距离长,此时裂纹闭合相比裂尖残余应力在迟滞扩展中起到了更大作用。(3)考虑裂纹钝化和分叉的疲劳过载迟滞微观研究。运用扫描电子显微镜(SEM)原位观察了316L钢疲劳过载前后裂纹尖端的微观形貌,对过载下裂纹扩展路径及尖端形貌进行了微观机理探究。发现拉伸过载在裂纹前方的几个晶粒内造成了大的塑性变形。在裂纹过载处发现有裂纹钝化与裂纹分叉现象,裂纹分叉消耗了裂纹扩展能量,从而延缓了裂纹扩展速度。