焊接结构连接性能优良,制造工艺简便,在工程领域中得到广泛应用。长期服役在循环载荷作用下,焊接结构的焊缝部分,尤其是焊趾和焊根局部,常常由于应力集中而导致疲劳失效。针对当前重大装备钢结构的焊接质量普遍提高的现状,焊缝焊趾处的初始缺陷不再被视为宏观长裂纹,因此目前的研究重点主要集中在焊趾短裂纹的早期行为方面。本文以十字焊接接头为研究对象,考虑短裂纹早期行为,基于扩展有限单元法(XFEM),开展了焊接结构短裂纹萌生和扩展的仿真研究。主要工作如下:(1)以十字焊接接头为研究对象,基于XFEM技术,研究了焊接结构裂纹萌生位置及其影响因素,针对焊缝几何以及材料属性,建立了三种焊缝形态和四种焊趾倒角的有限元模型,并分别设置了两种材料属性,分析了上述参量对焊接结构裂纹萌生位置的影响规律。(2)基于XFEM技术,计算了不同初始短裂纹长度下裂纹附近区域应变分布和裂纹尖端应力强度因子;结合不同的初始短裂纹插入方向,研究了初始短裂纹长度和角度对裂纹扩展路径的影响规律;采用一种考虑短裂纹行为的疲劳寿命模型,分析了短裂纹阶段对焊接结构整体疲劳寿命的占比。(3)考虑材料的微观结构特征,基于泰森多边形方法建立了晶粒的几何模型,采用黏聚力模型(Cohesive单元)模拟晶界和滑移带的力学特性,实现了晶粒尺度下短裂纹的扩展仿真。