蓝宝石单晶具有硬度大、强度高、耐磨性好和抗腐蚀性强等优点，在民品和国防领域的应用日益广泛，特别是因其具有优异的光学透过性而逐渐取代尖晶石等传统材料成为新型的光学窗口材料。但蓝宝石单晶脆性较大，在加工和装配光学窗口的过程中会不可避免地引入微裂纹等缺陷，而光学窗口又多在振动环境下服役，从而使得初始裂纹扩展加剧，材料性能下降，甚至出现系统失效。因此开展振动条件下蓝宝石单晶裂纹扩展的机理研究具有十分重要的意义。　　使用有限元软件Abaqus，采用基于指数型Φ函数的内聚力单元法对水平和垂直振动载荷下蓝宝石单晶的裂纹扩展情况进行了数值模拟。结果表明，裂纹呈阶段性扩展，整个过程符合脆性材料裂纹突然开裂后迅速扩展至断裂失效的特点。通过分析不同振动条件下模拟结果，得出振幅和频率对裂尖区应力增长速度和集中程度，裂纹启裂时间、扩展速度及终态长度的影响均有明显的规律性。水平振动条件下，通过调节Ⅰ、Ⅱ型载荷大小实现改变振动夹角的目的，从而探究振动夹角对裂纹扩展的影响，结果表明，随着振动夹角的变小，裂纹的启裂时间会有所增加。　　针对模拟中所施加的振动载荷，对经压痕法预制初始裂纹的蓝宝石单晶试样进行了振动实验。结果表明，虽因振动台输出能量有限、模拟中理想简化等原因导致实验所得裂纹扩展时间与模拟值存在差异，但模拟得出的裂纹扩展呈阶段性的结论以及频率对裂纹扩展的影响规律得到了实验验证。　　结合Chen-Chu裂尖位错理论和Zheng-Hirt模型，对模拟和实验所得结果进行了原理性解释。认为振动载荷下，蓝宝石单晶的裂纹尖端会发射位错形成塑性区，使裂尖以偏转、分叉和萌生新裂纹等方式发生钝化，进而裂纹以微区解理的方式进行扩展。蓝宝石单晶具有同其他固体材料类似的S型疲劳裂纹扩展曲线，且曲线由近门槛扩展区、稳态扩展区和快速扩展区构成，但因蓝宝石单晶的断裂韧性较小，导致稳态扩展区较窄，裂纹一旦启裂会迅速进入快速扩展区发生断裂失效。