钢结构以其独特优势被广泛应用于各行各业,在建筑工程领域更是随处可见,其中Q355B钢作为建筑结构最常用的材料,在疲劳荷载作用下,钢结构因材料表面损伤以及内部的缺陷可能会发生疲劳破坏。疲劳破坏主要是钢材料中裂纹的形成与扩展,在裂纹扩展处采用相应的措施进行修复合补强,将延缓或消除疲劳破坏现象的发生。冷喷涂技术利用高速气体带动金属颗粒撞击金属表面实现修复裂纹和补强局部的作用,可以有效地改变金属损伤位置的应力分布和微观组织,以至于提高裂纹扩展的抗力,提高疲劳寿命。目前冷喷涂技术在钢材领域应用还不广泛,理论和试验以及模拟研究均处于初级阶段,研究方法和手段也比较有限,需要投入较多资源。本文以Q355B钢基板为研究对象,探究冷喷涂技术对其疲劳裂纹扩展理论及其延寿机理,确定合理有效的冷喷涂工艺参数,以标准单边缺口三点弯曲疲劳试件为研究对象进行疲劳裂纹扩展试验,分析冷喷涂工艺技术对疲劳裂纹扩展的影响,并结合疲劳裂纹扩展的断裂力学知识和宏微观断口形貌学,对疲劳裂纹扩展的全过程进行延寿机理分析。本文主要的研究内容和成果如下:（1）以线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学基本理论为基础,分析表面喷砂以及随后冷喷涂金属涂层对三点弯曲试件疲劳裂纹扩展性能参数的影响。包括:裂纹尖端应力强度因子K、疲劳裂纹扩展门槛值Kth、裂纹扩展速率da/d N和裂纹扩展寿命。根据Paris公式推导三点弯曲试件在疲劳外荷载与喷砂后冷喷涂涂层共同作用下疲劳裂纹扩展寿命估算公式。（2）对Q355B钢基板进行力学性能试验,并对冷喷涂Al、A6061、Cu和316L粉末粒度分析确保满足试验要求,采用基板表面抛光和喷砂表面处理,随后进行表面粗糙度和硬度测量表明喷砂提高基板表面粗糙度且硬度提高。按照优选的参数进行冷喷涂试验,对沉积的涂层进行表面硬度测定和截面SEM微观观察并测定孔隙率均小于1%。SEM微观观察基板和涂层界面结合优劣,发现16目喷砂后冷喷涂A6061界面有较大的间隙,同时用EDX分析元素分布发现特征元素相互渗入。最后采用拉伸试样结合强度试验测定基板与涂层结合强度表明80目喷砂结合强度最高。（3）以预制裂纹的标准三点弯曲疲劳试件为试验对象进行疲劳裂纹扩展试验,通过对疲劳试验全过程试验现象的肉眼配合显微镜观察,试验后的a-N和da/d N-ΔK关系曲线拟合,分析不同喷砂数目和喷砂后冷喷涂不同涂层的三点弯曲试样疲劳裂纹扩展性能的影响,表明适当的喷砂和继续冷喷涂涂层均可改善疲劳裂纹扩展性能。以试验更易获得的裂纹尖端张开位移CTOD为评判参数,分析da/d N-CTOD和CTOD-N的试验关系曲线,得到与应力强度因子幅值准则相同的结论。（4）进行疲劳断口宏微观形貌特征SEM观察。疲劳断口宏观观察预制裂纹扩展区、稳定扩展区、稳定扩展和瞬断交界区和瞬断区的形貌,分析对比断口表面颜色、平整度、粗糙度和塑性变形程度,表明喷砂或继续冷喷涂涂层对阻碍疲劳裂纹扩展是有利的。疲劳断口微观分析预制裂纹区、稳定扩展区和瞬断区的形貌特征,针对喷砂和冷喷涂后疲劳台阶更曲折、二次裂纹增多变宽、疲劳辉纹更密集,韧窝较深且大韧窝内含有小韧窝等形貌特征,揭示喷砂和冷喷涂涂层对疲劳裂纹扩展性能的提升机理。