金属构件在复杂载荷作用和恶劣的工作环境中极易产生疲劳裂纹。目前可以使用有限元分析直接求得断裂参数,但是却无法通过疲劳试验直接测出循环载荷作用下金属构件材料的断裂力学参数。针对金属构件的疲劳裂纹检测中出现的问题,本论文将断裂参数拓展延伸到声发射参数,在分析金属构件疲劳裂纹扩展产生声发射的机理和声发射检测原理的基础上,利用ABAQUS用户单元功能开发了基于虚拟裂纹闭合法的声发射单元,使用该单元来获取金属构件疲劳裂纹扩展时模拟声发射信号。通过金属构件的疲劳裂纹声发射检测试验对基于虚拟裂纹闭合法的声发射单元取得的模拟声发射信号进行验证。(1)分析金属构件材料在疲劳裂纹扩展时的声发射机理和声发射检测原理,在弹性波动理论和检测系统的传递函数的基础上,得到了基于有限元分析方法的声发射信号幅值表达式,为金属构件的疲劳裂纹声发射试验提供先验指导。(2)使用有限元软件ABAQUS的用户单元功能,开发出用于获取金属构件疲劳裂纹模拟声发射信号的基于虚拟裂纹闭合法的声发射单元。该单元将有限元分析中的若干离散步骤整合在一起,包括有限元分析计算裂纹扩展的能量释放率、金属构件表面的振动位移和输出最终的模拟声发射信号。在三点弯曲有限元分析算例中使用该单元,结果得到了疲劳裂纹模拟声发射信号。(3)在ABAQUS中建立金属构件的有限元模型,使用基于虚拟裂纹闭合法的声发射单元获取金属构件的疲劳裂纹模拟声发射信号。分别从传播路径、不同载荷作用和时频分布方面研究该声发射信号特性。最后开展金属构件的疲劳声发射检测试验,同时采集材料在循环载荷作用下的疲劳裂纹声发射信号。通过试验验证了基于虚拟裂纹闭合法的声发射单元得到的模拟声发射信号的有效性,证明了本文开发的基于虚拟裂纹闭合法的声发射单元可用于获取疲劳裂纹模拟声发射信号。本文的研究成果为金属构件的疲劳裂纹扩展规律研究提供了一种新思路,具有一定的工程实践意义。