作为具有高能量效率的清洁能源技术,质子交换膜氢燃料电池受到众多关注。质子交换膜作为关键部件,其耐久性对氢燃料电池的使用具有重要意义。本文对质子交换膜在不同加载条件和湿度循环下的疲劳裂纹扩展行为进行了数值研究。本文使用内聚力单元模型和基于Paris law的循环损伤演化关系对质子交换膜在双轴拉伸加载下的疲劳裂纹扩展行为进行了研究。本文研究了侧向应力、应力加载波形、过载以及应力加载历史对质子交换膜疲劳裂纹扩展的影响。计算结果表明,双轴加载时的侧向拉应力和拉伸过载都会降低疲劳裂纹的扩展速度;载荷波形对质子交换膜疲劳裂纹扩展行为有重要影响,并且预裂纹越短的质子交换膜,其疲劳裂纹扩展速度受载荷波形的影响越大;在“低-高”应力幅值加载的过程之中,高应力幅值的加载会加速质子交换膜疲劳裂纹扩展的速度,说明质子交换膜在起停时和加减速时会更容易产生损伤。在研究湿度循环下质子交换膜的疲劳裂纹扩展时,同时考虑了夹紧位移,流道形状和位置,以及膜内不同区域的影响。结果发现,夹紧位移对裂纹扩展具有两种相互竞争的作用,一方面在与裂纹扩展垂直的方向挤压膜从而抑制裂纹扩展;另一方面,又使膜的两端在裂纹扩展方向产生向下的位移造成膜的弯曲而加速裂纹扩展。改变流道形状或偏移流道位置在湿度幅值较大时可以显著降低疲劳裂纹扩展速度。膜内不同区域疲劳裂纹的扩展速度与该区域在湿度循环下的面内应力状态有关,相比于面内应力在拉伸状态与压缩状态间不断转换的区域,疲劳裂纹扩展速度在面内应力一直保持压缩状态的区域明显降低。本文的结果为理解质子交换膜在服役工况下的疲劳裂纹扩展行为提供了帮助,为提高质子交换膜的耐久性给出了新的见解。