传统的船舶结构疲劳强度研究多着重于高周疲劳,而忽视了低周疲劳。但是近些年来船舶大型化发展的趋势不可避免,船舶结构所承受的应力及变形也随着船舶主尺度的增加而越来越大,促使船舶结构的低周疲劳损伤问题日益引起关注。已有的研究成果表明,船舶结构发生断裂破坏通常是由低周疲劳破坏和累积塑性破坏共同作用导致的。因而,本文考虑了累积塑性破坏的影响,从理论分析、数值模拟和试验研究三方面对船体板低周疲劳裂纹扩展行为开展研究。本文的主要工作和结论如下:（1）采用Newton-Raphson法迭代获得循环载荷下船体板在裂纹尖端处累积塑性应变的理论值,通过对疲劳裂纹尖端循环应力应变场进行分析,引入包含累积塑性应变率的修正项描述循环载荷下累积塑性破坏对低周疲劳裂纹扩展寿命的影响,建立了预测船体板低周疲劳裂纹扩展速率的计算模型。同时,开展了AH32钢累积塑性破坏与低周疲劳裂纹扩展交互作用试验研究。在非对称应力控制下的低周疲劳裂纹扩展试验中,由于塑性变形的逐渐累积导致缺口板局部区域材料的刚度降低,进而进一步加剧累积塑性破坏,使材料产生附加的损伤减小船体板低周疲劳裂纹扩展寿命。在平均应力不为零的应力循环下,船体板的低周疲劳裂纹扩展寿命同时受到累积塑性破坏和低周疲劳破坏的共同影响。试验结果表明,AH32钢的累积塑性应变和低周疲劳裂纹扩展寿命受到非对称应力循环下的平均应力、应力幅值和应力比的影响。在不同的应力水平下出现两种失效模式,较大的累积塑性应变导致的累积塑性破坏和疲劳裂纹扩展引起的低周疲劳失效。理论模型与试验结果互相印证,说明了考虑累积塑性影响的船体板低周疲劳裂纹扩展速率计算模型具有良好的预测精度。（2）基于弹塑性断裂力学理论,获得循环载荷下船体板CTOD的理论解,随后基于疲劳断裂机制建立裂纹扩展速率与CTOD的关系。同时,开展循环载荷下AH32钢CT试样的低周疲劳裂纹扩展试验研究,不同应力比和外加最大载荷下的试验结果与理论模型预测结果基本吻合,说明以CTOD描述的低周疲劳裂纹扩展速率计算模型,能够很好地预测循环载荷下含裂纹试样的低周疲劳裂纹扩展行为。（3）基于疲劳裂纹尖端循环应力-应变场,结合Willenborg残余应力理论,建立了过载作用下考虑累积塑性影响的低周疲劳裂纹扩展速率计算模型。然后以AH32钢CT试样为研究对象,开展了不同类型过载作用下的低周疲劳裂纹扩展试验研究。在常幅加载循环中施加单个拉伸过载后,每一个试件都出现了瞬时加速现象和随后的迟滞扩展现象,其迟滞效应由过载影响区域长度和最小迟滞裂纹扩展速率表征。在不发生快速失稳断裂的前提下,迟滞效应随过载比和外加最大载荷增大而加强,随应力比增大而减弱。理论模型的预测结果和试验结果十分吻合,可以定量预测施加单个拉伸过载作用后不同阶段的低周疲劳裂纹扩展速率,说明其具有较高的预测精度。（4）通过建立扩展裂纹有限元模型对过载后疲劳裂纹尖端应力场和位移场进行分析,探讨过载作用后裂纹扩展行为的内在作用机理。过载后产生的残余压应力有效地减缓了裂纹扩展速率,产生了迟滞效应。拉伸过载峰卸载后形成的反向塑性区使得裂纹扩展速率并未立即降至最低点,出现延迟迟滞现象。因此过载形成的残余压应力场改变了疲劳裂纹扩展行为的作用机理。通过对引入两个较大拉伸过载峰作用后CT试样的裂纹尖端的残余压应力场进行有限元分析,发现过载间隔和大小均对残余压应力场分布有重大影响。当两过载峰施加位置比较接近时,残余压应力的峰值不会出现在过载施加的位置,而是出现在第一次过载稍后的位置,且反向塑性区的尺寸较单个过载峰有明显增长。