21世纪以来,深海载人潜水器的研发,特别是全海深（11000米级）载人潜水器的研制引发了新一轮科技竞赛。载人深潜器在工作过程中,必然会经历多次下潜-工作-上浮的过程,从而深潜器的耐压壳也会经历加载-保载-卸载的循环过程。并且,深海载人潜水器下潜深度和水下作业时间随着每次执行任务的不同都会发生变化。要保证潜水器服役过程的安全性,需要合理计算耐压壳结构在这种复杂载荷下的疲劳寿命。基于断裂力学的方法在金属结构疲劳寿命预报中愈发体现出优越性,其评估的基础是一个合理可靠的裂纹扩展率模型。本文以描述循环加载-卸载过程的小时间域裂纹扩展模型（以da/dt来描述裂纹扩展率）为基础,基于蠕变和超载塑性区变化分析及一些试验现象对模型做了改进,使改进后的模型在常幅载荷、变幅载荷和保持载荷作用下都有很好的适用性,并考虑材料属性为随机变量,分析了裂纹在不同长度下扩展速率的可靠度。最后以改进的小时间域保载疲劳裂纹扩展率模型给出了大深度载人潜水器耐压壳的寿命计算流程。本文研究内容和主要成果如下:（1）对常幅载荷和变幅载荷形式下疲劳裂纹扩展模型、保载疲劳裂纹扩展模型以及可靠性理论在疲劳寿命中的应用进行了综述分析,为研究小时间域保载疲劳裂纹扩展模型提供了思路和方向;（2）裂纹尖端的应力状态不总是平面应力或平面应变状态,而是处于这两者之间的状态。本文考虑裂纹尖端应力应变状态对裂纹尖端塑性区域大小和裂纹张开位移的影响,引入约束因子,使其裂纹张开位移更加符合实际情况;（3）分析了描述循环加载-卸载过程的小时间域裂纹扩展模型对常幅载荷条件下的裂纹扩展速率的预报能力,对该模型中提出的描述裂纹张开角度的表达式进行了修成,提出了裂纹张开角度与应力比、断裂韧性、应力强度因子门槛值有关的表达式,提高了模型与常幅载荷条件下实验数据的吻合度;（4）在以上修正的基础上,提出了过载的塑性区影响范围Reff,max的表达式。为了考虑过载之后裂纹扩展速率逐渐恢复至原来水平的现象,认为过载产生的塑性区域随着裂纹扩展的抑制作用逐渐减少,基于此,提出了等效最大应力semax的概念,以描述过载影响程度的衰减过程。根据以上现象和假设,本文在时间域裂纹扩展模型应力水平描述方法的基础上,本提出了变幅载荷条件下应力水平的计算方法并通过一些实验数据与模型预测数据的对比验证了该方法的合理性;（4）为了提高长时间保持载荷条件下裂纹扩展率的预测准确性,本文提出长时间保持载荷和较大的应力强度因子对材料产生的较大的损伤会加速裂纹扩展速率,不能忽略,因此本文通过引入与保载时间和应力强度因子有关的参数来描述材料损伤对裂纹扩展速率的影响,并通过与实验数据对比进行了验证;（5）在改进的小时间域保载疲劳裂纹扩展模型基础上,考虑一些材料属性的随机性,运用蒙特卡洛法、一次二阶矩法和二次二阶矩法,分析了该模型在不同裂纹长度下裂纹扩展速率的可靠度;（6）基于修正的小时间域保载疲劳裂纹扩展模型,以计算某一大深度载人潜水器耐压壳寿命为例,介绍了计算流程中初始裂纹的确定、材料参数的确定、加载阶段和保载阶段参数确定的方法以及载荷谱的确定方法。最后通过分别计算只考虑下潜上浮随机载荷过程的耐压壳的疲劳寿命与考虑下潜-工作-上浮的随机载荷过程的耐压壳保载疲劳寿命,对计算流程进行了演示,指出了考虑保持载荷过程对合理预报耐压壳疲劳寿命的必要性。