高强钢及超高强钢具有优异的力学强度、延展性能及抗断裂性能等,被广泛用于舰船、汽车、桥梁等工程结构制造中。高强钢焊接接头作为常见的工程构件断裂失效位置,成为结构完整性设计及服役性能可靠性评估的重点。由于高强钢等强匹配焊材研发技术的滞后,随着强度级别的提升,其焊接接头常出现韧性不足或氢致裂纹产生等现象,导致焊接结构承载能力下降,而选用强吸氢能力的奥氏体焊材焊接是解决以上问题的有效手段。由于焊材屈服强度与母材相比有所下降形成低匹配焊接接头,接头强度的变化势必会引起接头承载能力的变化。然而,在循环载荷作用下对低匹配焊接接头承载能力的研究仍不成熟,特别是对强循环载荷下的低周疲劳及多轴疲劳的研究仍不完善,因此,低匹配高强钢焊接接头疲劳行为成为焊接结构完整性设计中迫切需要深入研究的工作。此外,在典型焊接接头的疲劳评估中,逐个计算接头疲劳特征参量会极大降低疲劳寿命的评估效率,建立准确的典型接头疲劳特征解析模型是高效定量预测接头寿命的重要手段。本文针对低匹配焊接接头疲劳行为开展理论与试验研究,为快速预测接头疲劳寿命、提高接头疲劳强度提供可行的设计方案及指导原则,为结构完整性评估提供重要的科学依据。主要内容包括如下方面:低匹配高强钢焊接接头材料疲劳性能研究、十字接头高周疲劳行为研究、十字接头低周疲劳行为研究及缺口构件多轴疲劳行为研究。系统研究了强度匹配性对材料低周应变疲劳性能的影响。对船用10CrNi3MoV结构高强钢及其低匹配焊接接头进行不同幅值下低周应变疲劳试验,从不同角度及疲劳寿命预测理论综合评估母材及低匹配焊材的疲劳性能差异性,如应变-寿命曲线、塑性应变能、Coffin-Manson方程、SWT-寿命预测模型及疲劳裂纹扩展速率。结果表明,母材及焊缝均表现出循环软化行为,根据半寿命迟滞回线对比发现母材具有Masing行为而焊材表现为非Masing行为,根据不同塑性应变能计算流程预测疲劳寿命;通过寿命结果对比发现,低匹配焊缝材料相比母材具有更高的低周应变疲劳寿命。从缺口力学及断裂力学角度探讨了高强钢低匹配十字焊接接头高周疲劳行为。研究接头几何特征对不同失效模式下缺口应力强度因子及平均应变能密度值影响规律,建立了普适性的承载十字接头焊根与焊趾失效模式下形状因子预测模型,该模型能够快速获得应变能密度特征参量并准确预测十字接头高周疲劳寿命。并基于断裂力学理论定义不同缺陷类型及尺寸,研究了不同断裂参数、失效模式、几何特征、缺陷大小与接头疲劳强度关系,确定了断裂力学法评估十字接头高周疲劳失效的评价条件。进一步采用缺口力学理论,揭示了弹塑性力学范畴内材料强度匹配比、几何特征与循环载荷对有效缺口能量的影响规律,并结合弹性阶段解析模型,完整的建立了非承载及承载十字焊接接头的低周疲劳萌生点预测模型,为低周疲劳下不同接头失效模式判断提供一种新的分析手段。重点分析了焊脚尺寸、焊缝熔透率与强度匹配比对焊根与焊趾失效模式下转变关系,定量得出失效转变判断依据。另一方面,在应变控制循环载荷下完成了10CrNi3MoV高强钢低匹配承载十字接头低周疲劳性能试验,结果表明,低强焊接接头在焊根失效模式下的低周疲劳寿命相比等强焊接接头低周疲劳寿命更短。同时,基于有效缺口能量值统一表征了十字接头高周和低周疲劳寿命,为接头高低周疲劳寿命统一表征提供可靠的指导原则。试验研究了多轴循环载荷下母材及低匹配焊缝缺口试件疲劳行为,根据缺口尖端应力应变及能量梯度的演化过程,考虑几何缺口特性、材料弹塑性性能、载荷非比例特征多因素交互作用,将缺口应力集中程度、材料非比例硬化行为与SWT能量损伤参量结合,提出了基于能量的缺口多轴疲劳预测模型,克服了以单一特征参量表达多轴疲劳的局限性。并选取具有代表性的缺口多轴预测模型定量分析疲劳寿命预测结果的优劣性,结果表明,本文提出的缺口多轴模型对低周疲劳实验数据具有更高的预测精度,同时也具有更加简便的计算程序及重要的工程应用价值。