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疲劳行为是指材料、零件和构件循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。本文在对材料疲劳特征的研究中采用了三种典型的实验材料:等轴组织和双态组织的Ti-6Al-4V钛合金以及LOCH(lean-organic-compact hybrid)。钛合金作为一种性能优异的结构材料被广泛应用在航空、医疗、化工等领域，而LOCH作为一种新型建筑材料有着与钛合金截然不同的力学性质，所以对这两种性质差异较大又具有代表意义的材料疲劳行为进行研究不论是对于工程应用还是基础科学研究都有着十分重要的意义。 对于所研究的钛合金材料，本文利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对已有试样断口的裂纹萌生区及其内部微结构进行了细致观察，并对裂纹萌生区的寿命和裂纹扩展速率进行了估计。对于LOCH，本文设计了一种新的旋转弯曲疲劳实验试样及其配套夹具，并通过旋转弯曲疲劳实验研究其在不同条件下的疲劳特性，利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察试样的断口并对断口特征进行表征。 实验结果表明，对于Ti-6Al-4V钛合金，只在负应力比超高周疲劳下裂纹萌生区内会形成纳米晶层，该纳米晶层厚度在400到1500nm之间，而其中纳米晶的平均尺寸为105nm。该现象通过NCP模型得到了很好的解释。而总寿命的绝大一部分被裂纹萌生过程所占据，可以达到96％以上;该过程中裂纹的扩展速率非常低，在10-11和10-13m/cycle之间。对于LOCH，实验结果表明，随着加载应力的降低，试样的疲劳寿命提高。SA和SO的疲劳强度分别为10％σf和12.5％σf。溶液环境对LOCH的疲劳性能有所削弱，不同的溶液对疲劳性能削弱的程度不同。试样间整体性能的差异是其微结构的不均匀性所导致的。材料的损伤和破坏由局部的环氧树脂的失效所主导，而不是SA或SO颗粒的解理所导致。