表层梯度强化工艺广泛应用于车辆、航空、能源动力等领域的构件处理，尤其针对在接触载荷条件下使用的构件，如齿轮、轴承等，经常会采用渗碳、渗氮等方法来提高表面强度，以达到提高构件的接触疲劳、摩擦磨损性能的效果。经过表层梯度强化工艺处理的构件，其强化层的重要特征是组织与强度随距离表面的深度变化而呈梯度分布，并且引入了压缩残余应力。这导致相对于均质构件，梯度强化处理后样品的疲劳分析变得复杂。尤其是在接触疲劳加载条件下，由于接触应力场的高度局部化、大的静水压应力以及非比例多轴加载的特征，使得高梯度应力场与梯度强化层存在耦合，疲劳分析变得十分困难。因此，研究梯度强化处理构件在不同接触条件下的疲劳行为具有重要的理论与工程意义。　　本文采用本课题组前期工作发展的基于Tanaka-Mura模型改进后的疲劳位错能量累积模型进行滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测。这一疲劳微观模型基于能量平衡原理，当循环加载过程中沿滑移面的位错能量累积量和形成疲劳裂纹时的弹性应变能释放量总和等于形成一条晶粒尺寸大小裂纹所需的表面能时，疲劳裂纹就会萌生。针对表层梯度强化处理后的样品，模型分析时对位错能量累积项考虑了强度随深度的梯度变化，弹性应变能释放项考虑了压缩残余应力的影响。通过对接触区下方不同深度位置沿空间不同取向分别进行寿命分析，搜索确定这一位置的裂纹起源面，从而解决了非比例加载条件下难以确定裂纹萌生面的问题。　　本文通过有限元方法、基于位错能量累积的微观疲劳模型、量纲分析相结合计算二维的圆柱滚子-平面接触模型、三维的球体滚子-平面接触模型的裂纹萌生寿命，分别研究了无量纲强化层厚度、无量纲载荷、摩擦系数对裂纹萌生寿命的影响。主要研究结果如下:　　1)关于摩擦系数对滚动接触应力场分布的影响，摩擦系数的增大会使得表面剪应力增大，同时引起表面产生较大的拉应力，这些条件都有利于表面裂纹的萌生。　　2)当摩擦系数较低时（对于二维的圆柱滚子-平面接触模型μ=0，0.1、0.2，对于三维的球体滚子-平面接触模型μ=0，0.1、0.2、0.3）时，疲劳裂纹萌生于内部，强化层对低载荷条件下的裂纹萌生寿命提高效果最好，能够提高两个量级，所以针对高周疲劳设计，表层强化工艺对于提高构件的接触疲劳寿命效果最佳。另外，在此范围内提高摩擦系数，有助于提高构件裂纹萌生寿命，因为提高摩擦系数后促使裂纹萌生位置靠向表面移动，而越靠近表面材料硬度越高。　　3)当摩擦系数较高时，无强化层的均质材料在接触加载条件下裂纹萌生于表面，随着强化层厚度的增加裂纹萌生位置先转移至内部，再转移至表面，因为强化层厚度增加到一定值，表层的强度梯度效果不那么明显而接近于均质材料。强化层厚度存在临界值，高于此值，裂纹萌生寿命不再增加，裂纹萌生于表面。低载荷条件下，裂纹萌生寿命最高可以提高一个量级，高载荷条件下，裂纹萌生寿命提高程度不明显，所以此摩擦系数条件下，针对高周疲劳设计，表层强化工艺对于提高构件的接触疲劳寿命效果最佳。　　4)关于裂纹萌生面角度问题，三维的球体滚子-平面接触问题和二维圆柱-平面问题一样，内部裂纹都发生在与表面大致平行或垂直的平面上，表面裂纹都发生在与表面大致呈45°夹角的平面上。