材料构件的疲劳问题一直备受工程界的关注。由于疲劳断裂的突发性,往往会造成巨大的经济及生命财产损失,如何精准地评估疲劳损伤并对寿命进行预测是目前结构状态监测与故障诊断研究领域的重点和难点问题。传统疲劳评估方法费时耗材,疲劳问题的复杂性使得很多疲劳理论及方法只能在特定条件、特定范围内使用,缺少可以快速评估疲劳损伤状态并对寿命进行预测的手段方法。近年来借助红外热像等具有无损、实时、全场、非接触优势的先进测量手段,记录金属材料试样在不同疲劳载荷下的特征数据(如温度场等),进而估算材料/构件疲劳特性的方法得到了一定程度的开发和利用,并体现出较好的预测精度。目前,以温度变化作为疲劳性能评估指标,能够快速预测材料疲劳极限与疲劳寿命,但难以全面反映疲劳损伤劣化过程。热力学熵作为损伤过程中不可逆的度量,具有反映系统有序程度(完好程度)的能力,相比于传统疲劳分析评估方法,能够更好地解释疲劳损伤过程的物理机制,具有独特的优势。为明确材料试样疲劳过程中的热力学熵特征变化规律及加载条件的改变对疲劳过程中热力学熵产率、累积熵产和疲劳断裂熵等热力学熵特征的影响,本文利用带有中心圆孔的Q235材料试样开展不同加载条件下的轴向拉伸低周疲劳试验。搭建疲劳热像平台对低周疲劳过程中的Q235材料试样表面温度特征进行实时监控采集。根据热力学第二定律及Clausius-Duhem不等式将低周疲劳过程中的塑性应变能与材料表面温度特征相结合,得到疲劳过程的热力学熵相关特征量。结果表明,在同一加载幅值下疲劳过程的熵产率基本保持定值,熵产率随加载幅值和频率的增加而增加。疲劳过程中热力学熵的累积过程是一个准线性累加过程,且熵产的累积速率随着加载幅值和频率的升高而加快。不同加载条件下的疲劳断裂熵随着加载幅值的增大而减小,而与频率无明显关系。基于此规律,研究获取了疲劳断裂熵与加载幅值的函数关系,通过归一化的疲劳累积熵和循环周次关联特性分析,建立了寿命预测模型,并通过试验对模型进行验证,与传统的寿命预测模型进行比对,预测结果较好。文章最后对Q235材料试样低周疲劳断口的宏、微观形貌特征进行了分析讨论,为疲劳损伤评估分析提供了参考和依据。本文方法为金属构件低周疲劳寿命预测提供了新的思路。但仅从单一热力学熵特征评估损伤预测疲劳寿命仍存在一定误差,为提高评估精度,降低评估不确定性,以热力学熵为基础,开展多特征量融合损伤评估,将作为下一步开展疲劳损伤研究的重要方向。