为满足船舶与海洋结构的大型化、轻量化要求，更高强度的合金钢材料得以广泛应用。船体通常为大型焊接结构，然而高强度伴随而来的是对材料焊接性的挑战。研究表明，多数结构的疲劳断裂都发生焊接接头，而对其疲劳裂纹扩展行为却缺乏细致研究。焊接冷裂纹等缺欠会降低结构的疲劳寿命。残余应力对焊接接头疲劳裂纹的扩展具有重要的影响。本文首先研究不含残余应力的焊接接头的疲劳裂纹扩展速率，通过有限元模拟技术，对平板对接堆焊接头试样的残余应力场以及焊后疲劳裂纹扩展过程进行了模拟分析。研究了残余应力对外加循环载荷最大值及应力比的影响以及最终对裂纹扩展速率的影响。并得出了统一的疲劳裂纹扩展速率的归一化公式。主要研究内容如下所述：研究了焊态和退火态的接头组织及性能变化，结果表明去应力退火对焊接接头组织及硬度影响较小，退火后残余应力明显减小，接近无残余应力状态。对母材及退火态的焊接接头在进行裂纹扩展速率试验，得到无残余应力影响时疲劳裂纹的扩展规律。结果表明，在双对数坐标系下，疲劳裂纹扩展速率曲线都保持良好的线性关系；在焊缝中，随着应力比的增大，da/dN-K曲线向左发生偏移，扩展速率增大。在母材中由于“裂纹闭合”作用，曲线表现出与之不同的规律。提出满足不同条件的疲劳裂纹扩展速率曲线表达式da/dN=C[f(R) K]m，其中f(R)是关于应力比的函数。运用有限元数值模拟焊后残余应力场以及疲劳裂纹扩展过程，得到残余应力的重分布规律:随着裂纹的扩展，残余应力不断发生重分布，应力峰值逐渐降低。计算得到不同裂纹长度时残余应力作用下的应力强度因子Kres。结果表明，随着裂纹的扩展，Kres不断减小，残余应力对裂纹扩展的影响减弱。通过中心裂纹疲劳拉伸试验获得残余应力作用下焊接接头的疲劳裂纹扩展速率曲线，不同应力比下曲线离散分布。用模拟得到的Kres对应力比进行修正，最终得到了残余应力场中疲劳裂纹扩展速率曲线归一化的表达式da/dN=C[f(Reff) K]m，Reff为修正后的有效应力比，该公式具有很好的归一化效果。