Ti-6Al-4V作为工业应用中最重要的钛合金之一,因其密度低、强度高、耐腐蚀性强和生物相容性好的特点,被广泛应用于航空航天、海洋工程、汽车、能源、化工和生物医药等领域。选择性激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）增材制造技术,通过逐层叠加材料直接成形近净形金属零件,无需考虑刀具、模具和工装夹具的限制,具有成形传统制造方式无法加工的复杂形状Ti-6Al-4V零件的潜力。但激光快速熔化和冷却的特殊制造工艺使得SLM成形Ti-6Al-4V零件与传统方式制造的零件存在性能差异。疲劳性能对机械零件的使用寿命和服役可靠性有重要的影响。目前针对SLM成形Ti-6Al-4V的研究主要集中在静载和高周疲劳（High Cycle Fatigue,HCF）载荷下的材料性能方面,对低周疲劳（Low Cycle Fatigue,LCF）和滚动接触疲劳（Rolling Contact Fatigue,RCF）性能的研究较少,而材料在接近或超过其屈服强度的循环应力或者循环接触应力作用下会产生低周疲劳失效或滚动接触疲劳失效。因此,本课题开展SLM成形Ti-6Al-4V零件低周疲劳和滚动接触疲劳性能研究。论文的主要研究内容如下:（1）研究不同应变幅水平下SLM成形Ti-6Al-4V打印态和退火态低周疲劳性能及失效机制。采用循环应力应变迟滞回线和应力幅变化曲线分析其循环软化特性。采用循环Ramberg-Osgood和Basquin-Coffin-Manson模型分析其循环应力-应变和应变-寿命关系,得到SLM成形Ti-6Al-4V的低周疲劳性能参数。采用扫描电子显微镜（SEM）观察疲劳断口形貌,分析低周疲劳失效机制。疲劳寿命实验结果对比分析表明:SLM打印态表现出与锻造件相当的低周疲劳性能,退火处理后寿命减少。（2）SLM成形Ti-6Al-4V低周疲劳损伤模型研究。基于弹塑性本构理论、连续损伤力学以及SLM成形Ti-6Al-4V的低周疲劳实验数据,标定SLM成形Ti-6Al-4V的混合强化本构模型和连续损伤模型材料参数,建立混合强化本构和低周疲劳损伤综合有限元模型,分析SLM成形实体材料低周疲劳弹塑性行为,研究其疲劳损伤演化和失效规律。结果表明在不同应变幅水平下,应力-应变迟滞回线和疲劳寿命的仿真结果与实验结果具有较好的一致性,证明建立的有限元模型能够合理描述SLM成形Ti-6Al-4V零件在不同应变水平低周疲劳载荷下的应力应变行为,并可预测其疲劳寿命。（3）SLM成形Ti-6Al-4V多孔结构低周疲劳性能研究。采用三周期极小曲面（Triply Periodic Minimal Surface,TPMS）法设计Gyroid和Diamond多孔结构,并在SLM成形Ti-6Al-4V合金混合强化本构模型和连续损伤模型的基础上,建立TPMS多孔结构低周疲劳分析有限元模型,研究多孔结构在低周疲劳载荷下的应力-应变行为和损伤失效规律,对比分析相同体积分数下不同的单元晶胞类型对多孔结构低周疲劳性能的影响,研究发现Diamond多孔结构疲劳载荷下的应力分布更加均匀,具有更高的低周疲劳抗性。（4）提出SLM成形零件低周疲劳约束拓扑优化结构设计方法。基于低周疲劳损伤分析局部应力-应变法和SIMP插值模型疲劳约束拓扑优化理论以及SLM成形材料的低周疲劳性能参数,建立SLM成形零件低周疲劳约束拓扑优化设计流程,并对设计步骤进行详细阐述,实现SLM成形零件低周疲劳载荷下的结构优化设计。以铰链支架零件为例进行结构优化设计,验证SLM成形零件低周疲劳约束拓扑优化结构设计方法的有效性。（5）研究不同后处理条件下SLM成形Ti-6Al-4V的滚动接触疲劳性能。基于摩擦磨损理论和接触力学,分析不同的表面特性对SLM成形件滚动接触疲劳性能的影响,并与锻造Ti-6Al-4V件的实验结果作对比分析。结果表明,SLM成形Ti-6Al-4V的滚动接触疲劳性能优于锻造件,在抛光和退火处理后性能得到增强。采用光学显微镜观察分析失效磨损表面,研究发现表面和次表面缺陷是滚动接触疲劳裂纹萌生的主要原因,残余应力加剧了疲劳裂纹的扩展。