由于疲劳失效的突发性特点,可能会造成不可预期的灾难事故,并带来巨大的经济损失。随着现代工业的发展,工程中对机械结构和设备的疲劳性能需求越来越高。疲劳问题的本质较为复杂,材料的疲劳及损伤破坏机理仍处于进一步研究阶段,因此针对材料进行疲劳损伤宏微观机理研究和疲劳性能评估,可以为机械结构的可靠性和安全性提供保障,以避免疲劳失效带来的严重后果。在进行材料疲劳性能评估时,传统的疲劳试验存在周期长、耗费高和效率低等缺点,严重限制了新材料的开发和结构的设计进程。大量研究表明,材料的疲劳过程本质上是一个伴随着温度变化的不可逆能量耗散过程,根据材料疲劳过程中的温度场演化,不仅可以基于能量耗散这一本质因素来探究疲劳损伤的机理,而且可以快速预测材料的疲劳性能参数,新兴发展的红外热成像技术在测温方面的无损、实时和非接触等特点为上述的材料疲劳性能研究过程提供了技术支持。本文以金属的高周疲劳为研究对象,基于温度场演化和能量耗散理论,推导更精确的能量耗散测算方法,从而进一步完善采用红外热像法快速评估金属高周疲劳性能的理论体系。通过实验和数值模拟的手段验证方法的有效性和精度,并对不同时效处理的马氏体不锈钢进行疲劳研究,探讨疲劳与材料微观组织结构的相关关系。本文的主要工作如下:（1）基于连续介质热力学的能量守恒和熵增定律,结合传热学理论,在金属高周疲劳过程的热力耦合模型中考虑对流和辐射换热的影响,提出改进双指数函数法以提高能量耗散测算精度。对比分析常用的几种能量耗散测算方法与本文方法的误差来源,并通过实验和模拟的手段验证本文方法的正确性和精度。研究发现,在进行金属高周疲劳能量耗散测算时,热对流（包括自然对流和强制对流）和热辐射引起的热量损失的比重相对较大,不可以直接忽略。能量耗散是采用红外热像法进行疲劳性能快速评估的关键指标,其测算精度的提高对于疲劳机理的研究和疲劳参数的准确预测意义重大。（2）从疲劳试验中应力水平低于疲劳极限时仍然可以观测到温升这一现象出发,将疲劳试验中产生的不可逆能量耗散分为不引起损伤的滞弹性耗散和引起损伤的非弹性耗散,引入滞弹性和弹塑性本构,分别建立两种能量耗散与疲劳载荷的关系,提出了一种新的金属高周疲劳性能快速评估方法,其中包括疲劳极限和三参数S-N曲线的快速预测。考虑到疲劳的分散性特点,结合概率统计相关理论,形成了具有可靠度的金属高周疲劳三参数P-S-N曲线快速预测方法,并分析验证其准确性。上述研究可以进一步完善基于温度场演化的金属高周疲劳性能和可靠性快速评估理论体系。（3）以三种不同时效热处理的FV520B马氏体沉淀硬化不锈钢为研究对象,通过红外热像法快速预测三种材料的疲劳性能参数,结合微观组织和疲劳断口分析微观结构与能量耗散以及疲劳性能的联系。疲劳性能的快速评估可以大大缩短新材料的开发进程,而且对获取最优力学性能的材料热处理流程具有指导意义。