近年来,工程机构的运行速度不断提高,使用寿命不断延长,在服役期内需要经历高达1010的交变荷载作用。研究显示,金属材料在超高周阶段仍然会发生破坏。从这个角度看,对金属材料的超高周疲劳性能展开研究十分必要和迫切。目前,超高周疲劳性能研究主要围绕对称拉压、弯曲、非对称拉压、非对称弯曲和环境因素影响的疲劳展开。研究的重点主要是疲劳寿命S-N曲线特征、试样疲劳断口形貌和疲劳断裂机理。在许多轴类零件或弹簧构件中,材料承受了不同程度的扭转荷载。但是,针对扭转荷载作用下的超高周疲劳寿命仍鲜有学者关注。国外学者曾对弹簧钢、铸铝的扭转疲劳寿命展开研究,获得了一些研究成果,但是相关领域的研究仍待进一步开展。本文在参考国外扭转疲劳试验经验的基础上,初步探索了扭转疲劳试验方法,成功开展了5083铝合金扭转疲劳试验,初步研究了5083铝合金扭转疲劳性能。研究成果如下：本文在拉压试验设备的基础上,设计了拉伸——扭转转换装置,开发了超声扭转疲劳试验系统。在现有标定设备的基础上,完善了扭转疲劳试验的标定方法。有关扭转疲劳试验装置和方法的探索,为后续开展扭转疲劳试验打下基础。结合一维扭转振动的解析解和有限元仿真结果,设计了扭转实心试件和管状试件。同时,为了获得均匀分布的剪切应力,本文还给出了等截面过渡的管状试件。针对等截面过渡段试件的特点,讨论了试件尺寸加工误差对试件的共振频率、应力位移系数的影响,为等截面试件试验的开展提供参考依据。利用超声扭转疲劳试验系统获得了5083铝合金超高周疲劳寿命数据,研究了超声扭转疲劳加载下的疲劳性能。同时,将5083铝合金拉压疲劳性能与扭转疲劳性能进行对比,讨论了两种荷载下疲劳性能的联系。应用Mises和Tresca准则分析了拉压与扭转载荷的疲劳性能,并分析了其中机理。本文分析了5083铝合金试件断口形貌,分析发现：疲劳裂纹萌生于试件表面或次表面,疲劳裂纹先以剪切模式扩展,此扩展阶段的断口磨损严重；在裂纹扩展到一定长度时,裂纹开支分叉,以Ⅰ型模式扩展,此阶段的断口呈现Ⅰ、Ⅱ型交互作用特点；在疲劳裂纹扩展末期,裂纹前端塑性增大,试件瞬间扩展,断口为韧窝状。本文引入复合型裂纹断裂准则分析裂纹Ⅱ型阶段长度和裂纹分叉角。分析结果表明,主导Ⅱ型阶段长度的KⅡ因子随着疲劳强度的增加而不断增加。实测的裂纹分叉角与理论值相差较大,原因在于：裂纹曲折扩展,实测值与理论值存在测量标准的差异；另外理论模型中裂纹的受剪状态均匀,而实际试件中裂尖的应力分布随着裂纹的扩展而不断变化。