船舶与海洋工程结构物的疲劳失效是其在服役期间必然存在的最严峻的问题之一,由于其所处环境的复杂性,需考虑实际载荷情况对疲劳寿命的影响,以得到更加可靠的疲劳评估结果。为了更加系统地考虑变幅载荷作用影响,往往将随机的交变载荷简化为过载和低载的组合,并通过疲劳裂纹扩展试验对过载比、过载间距、载荷次序等因素的影响规律进行研究,同时拟合得到相关的疲劳裂纹扩展模型参数,为裂纹扩展仿真的实现奠定了基础。扩展有限元法在处理裂纹问题上更具高效性和精确性,然而,ABAQUS软件中的扩展有限元模块在裂纹扩展仿真方面存在局限性,其无法考虑变幅载荷作用的影响。因此,本文基于扩展有限元方法,结合Python编程语言开发了能够考虑变幅载荷作用的裂纹扩展仿真算法程序,采用不同裂纹扩展模型对不同材料、不同结构类型的试件进行裂纹扩展速率和寿命进行预测,验证了算法程序可靠性,并探讨变幅载荷作用下的疲劳裂纹扩展机理。本文主要研究内容如下:（1）分析扩展有限元法及相互作用积分法的应用特点,以不同的标准试件为对象,将应力强度因子仿真计算结果与规范解进行对比。探讨扩展有限元法中的相关参数设置对应力强度因子计算精度的影响,并验证了基于相互作用积分法的三维模型的三型应力强度因子计算具有较高的精度,为变幅载荷作用下的裂纹扩展仿真算法程序的开发奠定了基础。（2）通过试验方法研究了负载荷比对高周疲劳裂纹扩展行为的影响,探究裂纹闭合效应影响规律,并获取了AH36高强钢在不同负载荷比下的裂纹张开力及相关的裂纹扩展模型参数,为基于扩展有限元法的裂纹张开力计算提供可靠的参考数据。（3）开发基于扩展有限元法的疲劳裂纹扩展仿真算法程序,详细介绍了开发环境、程序框架等,然后对主要功能模块的实现方法进行了介绍。基于cycle-by-cycle方法的裂纹扩展寿命计算;提出了基于扩展有限元法的塑性区尺寸及裂纹张开力计算方法,并与理论计算公式及试验结果进行对比,验证所提出方法的可靠性;开展了考虑复合型裂纹的扩展路径预测,对比了不同扩展方向判断准则的适用性。（4）以船舶与海洋工程用高强钢为对象,基于所开发的算法程序对不同变幅载荷形式下标准试件的裂纹扩展速率及寿命进行预测,并将预测结果与相关文献试验值进行对比,验证了算法程序对裂纹扩展行为预测的准确性;同时,对比分析了不同迟滞扩展模型的适用性,并基于不同裂纹扩展机理,探讨各载荷形式对裂纹扩展速率及扩展寿命的影响规律。