以7N01铝合金为主体的高速列车车体底架在服役过程中,未熔合、气孔、裂纹等焊接缺陷易形成疲劳裂纹源,大大减少了其疲劳裂纹萌生所需的时间,因此可用针对裂纹体的断裂力学理论评估焊接结构的疲劳裂纹扩展寿命。本课题基于断裂力学,结合焊接结构学、材料力学等理论,对焊接残余应力作用下带缺陷铝合金的疲劳扩展行为进行了系统的研究。由于材料的力学性能是疲劳寿命评估模型中必不可少的参数,本课题对7N01铝合金材料力学性能进行了试验测试,获得了焊接接头典型区域(焊缝、热影响区、母材)的屈服强度、抗拉强度、杨氏模量和断裂韧度等参数。焊接残余应力分布的准确表征是量化焊接残余应力对疲劳扩展行为影响的前提。采用激光散斑法,测试了中心拉伸(MT)试件的焊接残余应力分布,并通过数据处理给出了分布函数。采用有限元模拟方法,模拟了MT试件的焊接过程并得到了焊后残余应力场的分布,验证了激光散斑测量结果的准确性。另外,通过过载拉伸试验处理MT试件,获得了不同残余应力水平的试件。进行了疲劳裂纹扩展速率试验,通过控制试验变量,分别探究了应力比和残余应力对扩展速率的影响。结果表明,在应力比范围0到0.5之间,应力比越高,裂纹扩展速率越快;应力比继续升高,裂纹扩展速率有所减缓,但仍远大于低应力比的情况;焊接残余应力水平越高,裂纹扩展速率越快。同时,使用静态应变仪测量了残余应力在裂纹扩展过程中的重分布,获得了重分布后的残余应力分布函数。进一步地,对裂纹扩展过程进行了有限元模拟,获得了不同半裂纹长度下的裂纹尖端区域残余应力场,验证了重分布试验测量结果。为了准确表征裂纹扩展驱动力,通过解析法和权函数法分别计算了工作载荷和焊接残余应力引起的应力强度因子。而后确定以Kujawski公式为基础,对模型中的相关参量进行修正和求解,得到本课题公式。结果表明,焊接残余应力主要是通过改变裂纹扩展参量进而影响疲劳裂纹扩展速率。采用本课题提出公式对7N01铝合金焊接结构的疲劳裂纹扩展速率进行预测,获得了与试验结果相接近的拟合曲线。最终建立了含缺陷构件在焊接残余应力场作用下疲劳寿命的评估流程。