疲劳载荷是焊接结构服役过程中最为常见的承载类型,通过焊接结构设计提高焊接结构的疲劳承载能力对于焊接结构服役安全具有重要的理论和工程意义。由于焊材选择和焊接热循环的影响,材料力学性能不均匀现象在焊接接头中普遍存在,且力学性能不均匀性会对焊接接头的力学性能和承载能力产生重要影响。传统的焊接接头抗疲劳设计方法大多将接头简化为与母材强度一致的均质材料进行疲劳评定和抗疲劳设计,忽略力学性能不均匀对焊接接头疲劳承载能力的影响。这种简化的设计方法对于等匹配或高匹配焊接接头而言或许可以保证接头的安全性,但若直接用于低匹配焊接接头抗疲劳设计会导致设计结果不安全。为解决考虑力学性能不均匀性时焊接接头的抗疲劳设计问题,本文基于等承载能力原则开展对接接头抗疲劳设计方法的研究。本文基于三维弹性理论研究了材料力学性能不均匀对界面附近应力分布的影响,为接头抗疲劳设计奠定基础。研究发现,异质材料所构成的界面附近的应力分布受控于界面两侧材料的性能差异,其可以用界面应力系数来表征,并且发现当界面两侧材料的泊松比和杨氏模量的比值相等时界面应力系数为零,说明此时材料性能差异的影响消失。研究通过调整几何参量来改变非均质焊接接头处的应力分布,进而提升接头疲劳承载能力的可行性,并据此提出接头具有与母材相当的疲劳承载能力的焊接接头疲劳等承载设计思想。将疲劳寿命作为接头疲劳承载能力的评定参量,提出对接接头疲劳等承载设计的实现条件为一定疲劳载荷下接头具有与母材相当的疲劳寿命,据此可以获得接头疲劳等承载临界设计曲线。提出接头疲劳等承载临界设计曲线的理想化几何优化方法和非理想化几何优化方法,用有限元计算结果分析了余高高度、余高宽度和过渡圆弧半径对焊趾附近应力集中系数的影响规律,建立了对接接头焊趾附近应力集中系数的关系方程,依据该方程可以求解满足几何优化要求的焊趾过渡圆弧半径。根据接头疲劳等承载设计思想,综合焊接接头疲劳等承载设计实现条件、疲劳等承载设计判据和几何优化方法,分别建立了对接接头理想化疲劳等承载设计准则和非理想化疲劳等承载设计准则。根据对接接头疲劳等承载设计准则,针对平滑对接接头、含初始裂纹或类裂纹缺陷对接接头和需要考虑接头疲劳裂纹萌生寿命的情况,分别基于名义应力法、断裂力学法和全寿命法建立了对接接头材料力学性能参数和几何参数与接头疲劳寿命的定量函数关系,并将其用于对接接头疲劳等承载设计过程中。从而分别建立了基于名义应力法、断裂力学法和全寿命法的对接接头疲劳等承载设计方法。并选取Q550低合金高强钢作为母材,ER70S-6作为焊材进行实验验证。实验结果表明本文通过疲劳等承载设计获得的对接接头可以具有与母材相当的疲劳承载能力,证明本文提出的对接接头疲劳等承载设计准则及方法是可行的,可以作为现行标准的必要补充,具有重要的工程应用价值。