焊接工艺广泛存在于工程实际中,焊接结构在焊趾处具有几何特征的多样性的特征,因此焊趾通常是焊接结构应力集中的部位;同时由焊接工艺导致的焊接缺陷使得焊缝和热影响区成为结构最易发生疲劳失效的区域。如何在不同载荷模式下构建合适的等效损伤参量,是对焊接结构进行有效疲劳寿命评估的前提。目前,焊接结构的疲劳寿命评估主要是基于国际焊接协会等标准中给出的评价准则,诸如名义应力法、热点应力法、局部应力法以及线弹性断裂力学等方法。在单轴、扭转的载荷模式下,上述方法已经较好地应用于焊接结构的疲劳寿命评估;而在工程实际中,焊接结构一般是在多轴载荷模式下服役,上述方法就凸显出一定的局限性。临界面方法是处理多轴载荷模式下材料疲劳寿命评估问题的有效途径之一,但临界面方法尚未很好地应用于焊接结构的疲劳寿命评估的问题中。如何在不同的轴载荷模式下,将焊趾处的应力集中效应、焊接残余应力场等因素与临界面方法有效地结合起来,构建合理的疲劳寿命评估模型是亟待解决的问题。为此,本文将针对不同载荷模式下的焊接结构疲劳寿命评估问题展开一系列的研究工作。对临界面方法进行改进,并将焊趾处的应力集中效应考虑到损伤参量的构建中,这部分工作同时也是本文的研究基础;对于具有残余应力场的焊接接头,需要进一步考虑焊接残余应力对临界面求解的影响;焊接结构的几何不连续性会导致焊趾处应力场求解奇异性,在低周疲劳范围内,平均应变能密度方法可一定程度上解决该问题;复杂应力状态下,基于实验的手段,可对焊接结构的超高周疲劳失效行为与机理进行有效地分析。因此,本文从实验、疲劳寿命评估模型两方面出发对上述问题进行了研究。本文就上述几个问题开展并完成了以下工作:1)将结构应力法与临界面方法相结合,构建了考虑应力集中效应的焊接接头疲劳寿命评估模型。首先利用结构应力法分别求出焊接结构的结构正应力集中系数与结构切应力系数,将结构应力集中系数引入到修正的Carpinteri-Spagnoli临界面方法中并构建新的损伤参量;进一步基于该损伤参量提出新的焊接结构疲劳寿命评估模型(Structural Stress based Critical Plane Model)。最后利用经过焊后热处理的StE460法兰-薄壁圆管焊接接头对该模型进行了验证,并分别与实验结果及利用热点应力法得到的结果进行了对比。对比结果表明SSCP模型可对焊接结构在单轴、扭转、多轴比例及多轴非比例等载荷模式下的疲劳寿命进行有效地评估。2)针对未经焊后热处理的焊接结构,提出了考虑焊接残余应力影响的疲劳寿命评估模型。首先利用顺序热耦合模型对焊接结构的残余应力场进行数值模拟。进一步将得到的残余应力场引入到SSCP模型中,提出了考虑残余应力场的焊接结构的疲劳寿命评估模型(Modified Structural Stress based Critical Plane Model)。利用AlSi1MgMn T6(6082-T6)铝合金的法兰-薄壁圆管的焊接结构对MSSCP模型进行了验证,并分别与利用SSCP模型得到的寿命评估结果及实验结果进行了比较。结果表明,在多轴载荷模式下,对于具有残余应力场的焊接结构,MSSCP模型有较好的寿命评估效果。3)基于SSCP临界面方法,建立了考虑平均应变能密度的焊接结构疲劳寿命评估模型。将焊趾部位作为结构的缺口部位,通过Ramberg-Osgood循环本构模型及有限单元方法获得了焊趾沿厚度方向的平均应变能密度;进一步对Manson-Coffin公式进行积分,得到了平均应变能密度与疲劳寿命评估之间的模型。利用ASED模型对StE460法兰-薄壁圆管焊接结构进行了疲劳寿命评估,将评估结果与利用应变能密度(Strain Energy Density)得到的结果及实验结果进行了比较。结果表明利用SED模型得到寿命评估结果较之ASED模型偏于保守的特点。4)研究了 7020-T651铝合金母材与焊接接头的超高周疲劳性能及失效机理。对7mm厚的7020-T651铝合金板材进行了 MIG焊焊接,并对焊缝进行了不同倾角的设计,使得焊缝承受单轴、多轴等不同应力状态。利用超高周疲劳试验系统分别对母材与焊接试样进行了疲劳试验,结果表明多轴应力状态下的焊接结构的超高周疲劳强度要低于单轴载荷下的焊接试样。通过扫描电镜(Sacnning Electron Mircroscope)对母材、焊接试样的断口做进一步的分析,发现相比于母材,焊接试样内部的非金属夹杂物、气孔等缺陷往往会成为裂纹源。在裂纹扩展过程中,气孔等缺陷也会缩短裂纹扩展的周期。同时利用SSCP模型对该焊接结构的超高周疲劳寿命进行评估,并与实验结果进行了对比。对比结果表明在高周疲劳范围内,评估结果比较理想;在超高周疲劳范围内(Nf>107 Cycles),评估结果偏于保守。