自20世纪60年代以来,世界在洲际弹道导弹和载人航天飞机的发射和返回领域取得了重大的科技成果。随着科技的发展,人类由此进入了超高音速飞行器的新领域。高超音速飞行器的飞行轨迹为“助推滑翔”弹道,飞行器在该弹道飞行过程中会反复的进出大气层,在飞行器的再入大气阶段,飞行器与大气层摩擦会产生较高的温度,待飞行器飞出大气层后,进入了温度相对较低的大气层外部。周期变化的温度场将使得飞行器构件外壳承受周期变化的热应力,最终引起构件的热应力疲劳;同时,长期暴露在较高的温度下的飞行器表面,容易在未保护或保护层破损的地方发生氧化反应,生成氧化层,这也会导致构件的过早破坏。结合上诉问题,针对航天工业上广泛使用的Ti-6Al-4V(TC4)钛合金,结合循环氧化实验和ABAQUS/FE-SAFE耦合模拟方法,开展了Ti-6A1-4V合金复杂温度场下的疲劳行为与机理研究,具体内容如下:利用坩埚电阻炉开展了 Ti-6A1-4V合金在550℃、600℃、650℃、700℃和750℃下的循环氧化试验,使用HYKY-EM3200的扫描电镜观察循环氧化过后的试样微观形貌,使用HDX-1000TMB数字式显微硬度计测试试样由芯部到表面的硬度,探究复杂温度场导致飞行器生成的氧化层的表面形貌与特征。用INSTRON 5980双立柱落地式试验机开展了准静态拉伸试验,测试在这3个温度下氧化后去除氧化层和含有氧化层的试样力学性能,探究了Ti-6A1-4V钛合金棒状试样表面氧化层对Ti-6A1-4V的力学性能和变形行为的影响。开展了基于有限元分析软件ABAQUS及疲劳预测软件FE-SAFE,对Ti-6A1-4V钛合金棒状试样在受周期变化的均匀温度场的影响,耦合氧化层和周期变化的背景应力进行疲劳寿命分析,研究了Ti-6A1-4V钛合金受周期性变化的复杂温度场的影响产生的热应力对其疲劳性能的影响。开展了基于有限元分析软件ABAQUS及疲劳预测软件FE-SAFE,对构想的飞行器构件进行了疲劳模型的建立与分析,研究了周期变化的非均匀温度场和均匀温度场对飞行器构件的疲劳行为的影响。