机械构件的疲劳失效给关键装备的安全服役带来了很大的安全隐患,造成疲劳失效的主要原因是制造或使用过程中构件的表面完整性受到了破坏,产生应力集中。随着研究的深入,材料性能的衰退和一些关键构件的疲劳失效不仅仅与表面完整性被破坏有关,在很大程度上还取决于材料的微结构。微结构的不均匀性是微结构在外力作用下产生应力不均匀的主要原因。在局部产生应力集中,成为工程构件疲劳失效的另一重要原因。因此,研究微结构与应力集中的关系对材料疲劳寿命的影响,成为研究金属材料一个热点课题。本文以18CrNiMo7-6合金钢作为研究对象,通过建立微结构几何模型,采用ABAQUS有限元仿真软件,并考虑引入晶体塑性理论与材料的宏观响应结合,对晶体本构参数进行了标定。最后对微结构模型进行了应力集中的仿真分析,并对应力奇异进行了研究,主要工作如下:（1）根据Voronoi图的原理,通过MATLAB和ABAQUS结合,建立了具有随机晶体取向,不同晶粒尺寸和形状,并能够反映真实的微结构的二维多晶体微结构有限元模型。确定了18CrNiMo7-6合金钢单晶体的弹性各向异性常数C_{1 1},C_{1 2}和C₄₄。通过晶体塑性有限元的方法模拟多晶体模型的拉伸试验和实验获得的18CrNiMo7-6的应力应变曲线匹配,通过一个误差函数确定了一组最优的晶体塑性参数,即初始屈服应力?₀（28）200MPa,第I阶段的应力?_s（28）270MPa和初始硬化模量h₀（28）500MPa。（2）基于单晶体弹性本构模型和晶体塑性本构模型,对微结构有限元模型进行了单轴拉伸的有限元模拟,分别研究了不同的网格密度,加载载荷,晶体尺寸和晶体取向对微结构应力集中的影响。对两种模型的研究结果进行了对比分析,结果表明加载载荷对应力集中几乎不产生影响;应力集中系数随着网格密度的增加而增大,弹性模型比塑性模型增加的更大一些,两者相差了27%到56%;不同的晶体取向对微结构的应力分布状态影响比较大,应力集中系数的变化范围,前者比后者高了23%到33%;两种模型都有最大Mises应力随着晶体尺寸的减小而增大的现象,前者比后者高20%左右。（3）通过建立有限元模型,采用等双轴加载方式,分析了三晶粒连接处的应力奇异性,给出了每个晶粒奇异性指数,并分析了不同加载载荷、3个晶体塑性参数和晶体取向对晶粒应力奇异性的影响。结果发现加载载荷、?_s和₀h对晶粒的应力奇异性没有影响;在一定条件下,?₀在20MPa到60MPa之间变化时对晶粒的应力奇异性有较强的影响,在70MPa到270MPa之间时没有影响;晶体取向的改变对晶粒的应力奇异性的影响更大,两种不同的晶体取向结果相差了一个数量级。