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金属结构材料的疲劳损伤和断裂是机械装备主要的失效模式之一。特别在航空领域，飞机在服役过程中其结构材料通常会承受十分严酷的载荷，不同载荷历程下疲劳寿命的准确预测对提高产品性能、改进工业、确保工作安全、延长使用寿命等均有重要的作用。本文基于微观扫描电镜和细观光学显微镜小时间尺度原位疲劳试验，观测疲劳裂纹相关物理量在一个载荷周期内的连续变化过程，着重分析变幅载荷下历史载荷对后续疲劳裂纹扩展行为和机理的影响规律，揭示裂纹扩展物理机制并建立基于机理的时域上连续的疲劳裂纹计算模型，实现变幅载荷下裂纹扩展行为的预测。