工程中很多金属构件工作在高温下并承受着交变载荷,容易产生高温疲劳断裂。随着冶炼和金属探伤技术的进步,实际构件存在长裂纹的机会不大,且大量统计数据表明构件的疲劳寿命绝大部分都消耗在微观短裂纹阶段(MSC),这就使得对于高温疲劳短裂纹方向的研究变的尤为重要。短裂纹行为与长裂纹行为有很大不同,其萌生、扩展等行为受到微观组织结构的强烈作用,诸如晶粒大小、晶粒取向、晶界分布、及材料成分等都影响着短裂纹的行为,使之与长裂纹相比有更大的随机性。加之高温带来的表面氧化及晶界滑动作用,更使得高温疲劳短裂纹行为的微观机理变的复杂有待深入研究。相比于晦涩的数学模型,物理模型能够更直观的反映问题,特别是当研究对象具有较大随机性时其优势就更加明显了。因此建立物理模型,进行数值模拟是揭示高温疲劳短裂纹行为微观损伤机理,并实现疲劳寿命预测的重要研究手段。以往数值模拟对于微观组织结构的考虑不够全面有较大的局限性,有必要对模拟的方法进行进一步的探索。本文采用部分腐蚀的20#钢试件进行大量高温低周疲劳试验,观察不同试验条件下试件表面微观组织结构对裂纹行为的影响,统计整理试验数据,建立了高温下疲劳短裂纹的物理模型。基于模型,采用Matlab软件编写程序实现对短裂纹行为的数值模拟。具体工作如下：1、进行大量高温低周疲劳试验,总结了高温下多晶体金属的疲劳短裂纹萌生、扩展、合体、干涉等行为的规律。发现裂纹萌生主要是由铁素体晶粒内的滑移带在晶界和试件表面产生的位错积累造成的,既有驻留滑移带开裂引起的穿晶萌生,又有晶界开裂引起的沿晶萌生；由于高温的作用,裂纹初期的扩展多数都是沿着晶界进行的,而且珠光体对裂纹扩展有着强烈的阻碍作用；当裂纹尖端塑性区重合时裂纹发生合体,塑性区的大小和裂纹长度及加载应力状态密切相关；相邻裂纹的干涉行为在试验中表现的非常明显,主裂纹周围少有长度超过3个晶粒尺度的裂纹。2、用修正的voronoi多边形模拟了金属表面的微观组织结构。区分了铁素体与珠光体晶粒,用特定的随机数组使珠光体呈带状分布；赋予铁素体晶粒以3*3的随机方向余弦矩阵以表征晶粒的三维随机取向,并用过核心的线段表示滑移面在试件表面的投影；提出基础能量的概念以表征不同类型晶粒对于裂纹萌生及扩展不同的抵抗能力。3、基于建立的微观组织结构采用Matlab软件编写程序,可视化的再现了不同循环周次下裂纹的萌生、扩展、合体、干涉等群体演化行为,实现了对高温疲劳短裂纹行为(沿晶与穿晶共存)的数值模拟,对比试验结果吻合良好。