疲劳是工程构件在循环载荷作用下的一种主要失效形式,也是当前航空等领域面临的重大威胁之一。能够在服役过程中对构件进行“健康状态监测”,对于有效保障飞机、船舶、机车等关键构件在使用过程中的安全性和可靠性就成为一项极有价值的科技问题。工业CT(ICT)技术是一项集放射、光学、电子、计算机等多种技术于一体的综合性高新技术,它主要用于工业产品无损检测(NDT)和无损评价(NDE),是当代公认的最佳无损检测手段。当前,技术手段上的不断进步已经为解决疲劳寿命预测难题提供了先进的无损评估手段和理论模型,使采用工业CT对构件在服役或加载试验条件下高应力区域的疲劳短裂纹群发展过程和程度进行无损的可视化监测,并实现对短裂纹密度场的定量分析成为可能。 本文的研究旨在通过仿真手段提供可用来进行材料中疲劳短裂纹群体损伤分析的投影图像,以期缩短试验周期,并显著降低试验成本。本文主要在深入了解工业CT及其仿真技术的基础上,探讨了基于VOXEL模型的CT仿真模型样本的建模方法,深入研究了该模型样本在ICT仿真系统中的求交投影计算方法,并根据短裂纹萌生、扩展规律,在该模型中实现了短裂纹群萌生、扩展过程的计算机三维模拟。重点以这些研究为基础,进行了非均匀密度场直接建模和间接建模方法的研究,最后采用局部细分的方式,在VOXEL模型样本中的部分体素立方体中填充添加反映出密度变化等材料信息的亚体素模型,建立了以VOXEL模型文件和亚体素模型文件共同构成的数字材料模型样本,该样本中包含了疲劳短裂纹群体效应造成的非均匀密度场,实现了疲劳短裂纹群体损伤效应产生的非均匀密度场三维重建。