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搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，其能够有效避免热裂纹、大变形等缺陷，接头力学性能较好，具有广泛的应用前景。很多焊接结构承受复杂的疲劳载荷，研究接头的疲劳性能和机理能够有效预防重大事故的发生。搅拌摩擦焊接头的局部微观结构是影响接头疲劳性能的主要因素之一，本文采用试验与数值模拟相结合的方法，研究考虑局部微观结构的搅拌摩擦焊接头的疲劳性能与寿命预测。主要研究内容有以下几个方面: 首先，对疲劳试验结果进行分析。根据疲劳试件裂纹源位置确定接头的薄弱位置是焊核区、前进侧焊核区与热机区交界处及附近区域。为了分析接头失效的影响因素，开展了硬度测试、金相观测、断口扫描、EBSD试验观测和微拉伸实验。通过金相观测发现接头每个区域的强化颗粒分布都不同，焊核区的强化颗粒尺寸小而分布密集，其它区域的强化颗粒尺寸相差不大。通过EBSD观测发现接头各区的晶粒尺寸不同，焊核区的晶粒细小，其它各区晶粒尺寸相差较小，接头每个区域的织构组份相差较大。 基于接头的硬度分布、金相图片和微拉伸实验数据建立了考虑微结构的接头疲劳分析模型。基于混合理论公式分别求出强化颗粒和基体的应力应变曲线，通过纳米压痕试验得出强化颗粒和基体的硬度与弹性模量。基于考虑强化颗粒与基体真实分布与形态的接头疲劳模型分析疲劳载荷下接头不同区域的应力应变分布。模拟发现接头薄弱位置与疲劳试件疲劳源位置一致，强化颗粒对接头疲劳性能有很大影响，大尺寸强化颗粒、强化颗粒与基体的交界处和多个强化颗粒聚集处的基体容易引起应力应变集中。 接头每个区域的晶体形态与织构组份不同，为考虑晶体结构特征对接头疲劳性能的影响，基于晶体塑性理论对接头疲劳性能进行研究。对接头每个区域建立考虑晶体取向、晶体形态的代表性体积单元，采用晶体塑性本构关系模拟晶体的应力应变响应。由于晶体的不同取向，接头各区的应力应变分布不均，应力与剪切应变容易在晶界上集中，较大剪应变形成与加载轴45。角的剪切带。不同晶粒的滑移系开动情况不同，晶体形变不均，焊核区中开动滑移系的晶粒最多。进一步综合考虑强化颗粒和晶体特征的搅拌摩擦焊接头疲劳模型，由于强化颗粒的存在，晶粒的应力会增大，最大应力出现在强化颗粒上，晶粒的累积剪切应变同样会增大。不论晶体取向，晶粒的应力与应变均有所增大，强化颗粒和晶体的作用导致接头性能更薄弱。 结合位错理论公式与文献确定疲劳微裂纹的萌生寿命占比，基于考虑微结构的接头疲劳模型采用SWT理论公式对接头进行疲劳寿命预测，预测效果良好，误差多数位于2倍因子范围内。通过焊核区的晶体塑性模型，模拟疲劳微裂纹扩展走向，模拟结果与EBSD试验所测的裂纹扩展趋势一致。