304奥氏体不锈钢具备良好的延展性、焊接性、耐高低温性和抗腐蚀性能,广泛应用于压力容器、压力管道等化工设备。随着承压设备所受压力的不断提高,设备内表面应力的不断增大,设备在长期交变载荷作用下逐渐生成疲劳裂纹成为一个越来越突出的问题。本文以304奥氏体不锈钢为研究对象,在常温条件下对其进行疲劳拉伸实验,并使用ABAQUS有限元软件模拟CT试样的疲劳裂纹扩展过程,预测疲劳裂纹扩展寿命和疲劳裂纹扩展路径,对提高化工设备的可靠性和安全性具有重要指导意义。本文通过建立CT试样有限元模型,研究不同频率f及应力比R对疲劳裂纹扩展的影响。拟合裂纹扩展速率曲线,得到裂纹扩展速率曲线Paris方程,及相应的参数,用于后续XFEM模拟过程。利用扫描电镜观察CT试样疲劳断口,分析疲劳裂纹扩展不同阶段的断口形貌。基于XFEM理论模型,利用ABAQUS软件的Directcyclic求解器对CT试样进行疲劳裂纹扩展数值模拟。由于不受网格依赖性的影响,裂纹可以在单元边界和单元内部穿过,因此可以模拟裂纹沿着任意方向扩展。基于CZM理论模型,编写VUMAT子程序描述疲劳裂纹扩展过程中的裂纹尖端本构方程,模拟裂纹尖端力学性能。分别研究不同频率f和应力比R对疲劳裂纹扩展寿命的影响,并将其与实验结果进行对比,结果表明CZM仿真结果和实验结果形成的偏差较小,在误差允许范围内,从而说明了该方法的有效性。采用损伤外推技术、合理调整网格大小的方法,减少计算时间。为验证损伤外推技术的可行性,分别对损伤变量在不同放大倍数下的疲劳寿命进行模拟。对不同网格尺寸下裂纹扩展进行模拟,研究网格大小对裂纹扩展寿命的影响。本文基于XFEM和CZM这两种理论模型,分别模拟疲劳裂纹扩展路径和疲劳裂纹扩展寿命。结果表明,XFEM理论模型能很好地预测裂纹扩展路径,但对于裂纹的疲劳寿命预测较差;CZM理论模型能很好地预测裂纹扩展寿命,但由于裂纹扩展路径是预先设置好的,因此具有一定的局限性。