疲劳失效是船舶与海洋工程结构物在其服役期间所面临的最严峻问题之一,准确的评估结构物的疲劳寿命是保障作业人员及财产安全必不可少的环节。相较于当前工程中广泛使用的基于Miner累积损伤准则的S-N曲线法,基于断裂力学的疲劳寿命评估方法可以考虑各种变幅载荷作用引起的包括过载迟滞、过载间距和载荷次序等因素影响,从而提供了一种更为精确的结构寿命评估手段。然而,针对海洋工程钢在变幅载荷作用下的裂纹扩展研究仍然较少,不同材料的裂纹扩展行为差异尚不明了。因此,开展相关材料的裂纹扩展研究具有重要意义。本文的主要工作如下:1)以AH36船舶与海洋工程用高强钢的紧凑拉伸试样为研究对象,设计了多种变幅载荷形式的疲劳裂纹扩展实验,研究了过载比、过载间距、高低载组合和载荷次序等因素对裂纹扩展的影响。在此基础上,通过实验研究了风暴模型载荷和叠加载荷作用下的裂纹扩展行为。研究表明,不同变幅载荷形式下的裂纹扩展行为有明显差异,主要由不同幅值载荷排列的次序和裂纹扩展的迟滞加速效应影响。2)采用DIC技术获得裂纹尖端应变场和残余应变分布,分析裂尖应变场变化,尝试解释了变幅载荷作用下裂纹扩展行为变化的机理。此外,提出一种基于XFEM的裂尖塑性区尺寸计算方法,提高了计算效率,弥补了解析公式无法计算非标准件塑性区尺寸的不足。3)对比了三种裂纹闭合力的测试方法,在此基础上通过裂纹闭合模型预测了过载作用下的裂纹扩展结果。此后通过DIC方法获得的实际塑性区尺寸,改进了修正Wheeler公式的参数拟合方法,并结合修正Wheeler公式预测了多种变幅载荷作用下的裂纹扩展行为,预测结果良好。