在现代能源化工、航空航天和动力机械等行业,很多机件长期承受着高温与交变载荷的作用。据统计,现代工业各领域中大约80%以上的失效破坏都与疲劳有关,疲劳问题已经成为工程领域中关系到结构使用安全性与经济性的一个重要因素。疲劳破坏归根结底在于材料或结构中或明或暗的裂纹。随着科技发展及冶炼、制造水平的不断提高,材料或结构中出现长裂纹的情况越来越少,大多为短裂纹。研究表明,多数情况下短裂纹阶段可占材料疲劳总寿命的绝大部分。由于在材料的疲劳损伤过程中,短裂纹行为表现出很强的群体性、不确定性和随机统计的复杂性,传统分析方法在研究疲劳短裂纹群体损伤演化行为时具有一定的局限性。因此,有必要采用新方法进一步深入研究疲劳短裂纹损伤演化规律,揭示材料疲劳损伤的物理机制,进而为结构安全与可靠性评价提供理论依据。分形理论的出现为疲劳短裂纹的研究开辟了一条新思路。本文针对20“钢材料,以复杂应力状态下的高温低周疲劳短裂纹群体损伤演化行为为研究对象,通过试验手段获得疲劳短裂纹的萌生、扩展、合体及干涉行为特征,采用分形方法进行研究分析,探究高温下疲劳短裂纹损伤演化的规律。本文的主要内容可概括如下：1、对高温低周疲劳短裂纹的研究背景及意义进行了论述,总结归纳了目前疲劳断裂力学中一些常见的短裂纹研究模型与方法,回顾了分形理论的产生及其发展现状。2、对20#钢材料进行了复杂应力状态下的高温低周疲劳试验,主要针对不同加载应变范围及不同温度条件对疲劳短裂纹群体损伤演化行为的影响进行研究,采用中断试验和显微照相技术对疲劳短裂纹行为进行了跟踪观测分析,并提取有效的短裂纹信息,对短裂纹数密度进行了统计分析。试验结果表明：疲劳短裂纹具有很强的群体性特征,在高温下大多萌生于晶界且具有随机性特点。个别疲劳短裂纹扩展成为导致试件断裂的主导裂纹,但绝大多数最终成为非扩展性短裂纹。疲劳短裂纹数密度呈现先增加后略有降低的现象,且加载应变范围越大、温度越高,短裂纹数密度增加得越快。3、通过比较分析并结合试验图像的特点,采用盒维数法计算试验图像的分形维数。引入基于最大类间方差的Otsu算法,自适应地选取阈值实现图像的二值化分割。提出一种基于分形尺度效应的梯度试算法,结果表明该方法可以较好地提高数字图像分形维数的计算精度。对不同加载应变范围和温度条件下的试验结果进行了分形分析,结果表明在采用梯度试算法定义的无标度区间内,试验结果图像表现出较好的分形特征。不同加载应变范围和温度条件下试验图像分形维数表现出一致的变化规律。