高强钢焊接接头广泛被应用于工程机械、航空航天、轨道交通、汽车、海洋平台等装备上。随着机械向高速化、重载化、智能化方向发展,机械设备中的焊接结构常常会由于过载而产生预应变,预应变的引入会使得结构的疲劳性能会发生变化,对结构的可靠性与安全性造成隐患。而在高强钢焊接接头失效断裂的研究中,对预应变影响的考虑仍显不足,特别是预应变作用下的焊接接头疲劳寿命预测方法研究还不完善,一般的焊接接头疲劳寿命预测方法难以适应预应变下的焊缝疲劳寿命预测,因此本文以高强钢焊接接头为研究对象,对预应变下的高强钢焊接接头疲劳行为进行研究;同时,将该方法应用到矿用自卸车后桥壳预载荷作用下的疲劳寿命评估,并对其进行了抗疲劳优化设计。本文主要研究内容如下:1.预应变下的高强钢焊接接头疲劳寿命试验研究。本文通过单调拉伸试验获得了高强钢焊缝的力学性能参数,并基于应变控制进行预应变下的高强钢焊接接头疲劳寿命试验,得到了不同预应变水平下的焊接接头应变疲劳寿命曲线,为进行预应变作用下的高强钢焊接接头疲劳寿命预测方法研究奠定基础。2.提出了一种预应变作用下的疲劳寿命预测方法。针对预应变下的焊缝实际开裂问题,认为以应变作为其损伤参量进行疲劳寿命预测不够准确,通过比较几种焊缝疲劳寿命评估方法,提出将应变能密度作为衡量预应变作用下的焊缝疲劳损伤参数。根据所计算出的不同预应变水平下的弹性应变能密度和塑性应变能密度,拟合其与预应变的关系曲线,进而提出了一种预应变作用下的焊缝疲劳寿命预测模型。依据基于应变控制的预应变下焊缝疲劳寿命试验结果,得到了预应变下高强钢焊缝的疲劳寿命行为参数。3.基于能量方法的矿用自卸车后桥壳抗疲劳优化设计。建立了包含焊缝单元的后桥壳有限元模型,通过应力测试对后桥壳有限元模型进行验证。开展后桥壳考虑预载荷下的多载荷步非线性有限元分析,计算出后桥壳危险点的应力应变响应。并使用所提出的应变能量密度疲劳寿命预测模型对后桥壳上危险点的疲劳寿命进行预测。将后桥壳上不同部位的板厚作为设计变量,以疲劳寿命作为优化目标开展后桥壳的抗疲劳优化设计。利用二阶响应面法构建不同板厚与后桥壳疲劳寿命的响应面模型,再基于多岛遗传算法求解出全局最优解。优化后的后桥壳疲劳寿命提升了102.8%。综上所述,本文对预应变作用下的焊接接头疲劳寿命预测方法及应用进行了较为细致的研究,为预应变作用下焊接接头疲劳寿命预测方法的探索提供了一种新思路,对矿用自卸车后桥壳结构抗疲劳优化设计的系统展开具有一定参考价值。