课题来源于国家重点研发计划项目“高性能齿轮动态服役特性及基础试验”（项目号:2018YFB2001300）及国家自然科学基金青年科学基金项目“基于细观力学与连续损伤的齿轮接触疲劳损伤演化机理研究”（项目号:51805049）。随着机械装备向高功率密度和高可靠性方向发展,齿轮接触疲劳失效问题逐渐成为限制装备可靠性和人机安全的重要瓶颈之一。在众多影响齿轮接触疲劳失效问题的因素中,材料方面的重要作用已被大量文献和工程实践所证实。除了已经被广为熟知的硬度、强度等因素外,影响齿轮接触疲劳性能的材料因素还包括材料晶体特征、夹杂和相成分等。这些因素相互影响并与工况、结构等因素耦合,形成材料-结构-工况要素体系,增大了齿轮疲劳失效机理的复杂程度。同时,由于齿轮接触疲劳发生在近表面或次表面局部区域,该区域材料点在服役过程中承受多轴时变应力-应变状态,这使得揭示齿轮接触疲劳失效机理更为困难。此外,采用试验方法探究材料因素对疲劳失效的影响具有试验周期长、成本高、检测困难尤其是在线损伤断裂检测能力不足等问题。因此,突破传统基于均质材料假设的齿轮疲劳分析方法的局限,基于晶体弹塑性理论建立齿轮材料微结构敏感的接触疲劳分析模型,研究晶体特征、相成分和夹杂物等材料因素对齿轮接触疲劳失效的影响,具有重要的理论价值和工程意义。本文针对某典型大型重载风电齿轮开展接触疲劳研究,建立包含材料晶体、相成分、夹杂物和硬度梯度等宏微观材料特征的多因素耦合齿轮接触疲劳失效分析模型,尝试从微观尺度揭示齿轮接触疲劳失效机理,为高性能齿轮的抗疲劳设计制造提供理论支撑。论文主要研究内容如下:（1）建立齿轮材料微观结构敏感模型。基于试验表征的结果对齿轮材料微结构进行建模,建模过程中针对该风电重载齿轮,考虑了由渗碳硬化带来的齿轮材料晶体几何和力学性能的梯度特征。建立了包含马氏体相、奥氏体相和非金属夹杂物的多相微观结构特征的齿轮接触疲劳分析模型。分析了材料微观结构模型的应力-应变场分布,并将模型结果与传统各向同性模型结果进行对比。（2）推导齿轮微观尺度接触疲劳损伤方程。基于晶体弹塑性理论,在微观本构关系中引入了滑移系背应力的演化,以考虑齿轮循环载荷条件对应力-应变响应的影响。基于Fatemi-Socie多轴疲劳准则,考虑齿轮服役过程中的多轴时变应力-应变状态,推导微观晶体层面上的多轴疲劳损伤公式。根据循环载荷作用下,滑移系上的应力-应变响应计算疲劳指示因子和疲劳损伤,从而评估齿轮接触疲劳失效。（3）研究渗碳硬化特征对齿轮接触疲劳的影响。分析了渗碳硬化特征带来的硬度梯度对齿轮抗接触疲劳性能的提升机理。结果表明,由于未渗碳硬化齿轮晶粒粗大,其最大疲劳损伤值和潜在失效位置都对齿轮材料的晶粒取向更为敏感,波动范围较大,易发生接触疲劳失效。渗碳硬化工艺通过提高局部晶体强度和晶粒的致密程度降低了齿轮在重载工况下的失效风险。（4）分析相成分和夹杂物对齿轮接触疲劳的影响。综合考虑由非金属夹杂物引起的循环疲劳损伤和棘轮损伤,分析夹杂物及其周围基体不同相成分对齿轮接触疲劳失效的影响。结果表明,在初始载荷循环内,奥氏体基体具有较高的棘轮损伤,而马氏体基体的损伤以疲劳损伤为主。次表面非金属夹杂物引起的棘轮损伤发生在与滚动方向成45°的位置,与文献中试验观测的“蝴蝶翼”吻合良好,表明棘轮损伤对“蝴蝶翼”特征形成的重要作用。