无论是大飞机制造、航空航天、铁路桥梁，还是小型精密机械构件，在其长期服役载荷下都不可避免发生疲劳破坏，这些构件一旦发生失效常常造成灾难性的损失。然而，金属材料的疲劳失效预测一直没有得到很好的解决，主要原因在于金属材料的疲劳损伤微观机制复杂，影响因素众多。

　　为了深入理解金属材料疲劳损伤微观机制，进一步将内外因素加以区分，最终得出关于FCC晶体循环形变行为，特别是疲劳位错组态演化的基本规律，我们以面心立方金属中晶体取向和层错能这两个重要因素为切入点，系统研究和分析了具有不同晶体取向与层错能的典型面心立方金属铜、银、金、镍、铝以及铜铝、铜锌合金单晶体在疲劳载荷下的微观变形机制与位错演化规律。通过电子显微镜和位错理论揭示了上述金属的微观演化方式与宏观形变行为之间的本质关系，1）确立了层错能在控制位错个体运动过程中的核心作用，2）提出了晶体取向是控制位错群体演化，不同位错组态形成的直接原因。研究结果表明：通过层错能和取向的调整，可以有效控制位错的个体和群体行为，从而为改善晶体的疲劳性能，优化设计具有更高抗疲劳损伤能力的新型材料以及最终建立完善的疲劳寿命预测系统提供新的研究思路。上述系统性研究结果发表在Prog. Mater. Sci., 56 (2011) 328-377。

图1 面心立方金属或合金循环变形过程中不同位错组态形成的基本判据—层错能与短程有序的影响