通过传统的疲劳试验方法得到准确的高周疲劳参数，往往耗费大量的费用和时间。若干年来，探讨缩短试验时间、减少试验成本的快速预测高周疲劳性能的理论和实验方法，一直是研究人员关注的热点问题。能量方法是快速预测疲劳性能的一种重要手段，但现有方法在高周疲劳耗散能准确计算、宏观耗散能与内部微结构演化关系及储能测量等方面仍存在很多瓶颈和难点问题。为此，本文力求在基于耗散能的快速预测金属疲劳性能方法上做出一些较有价值的尝试和探索。首先针对高周疲劳过程中的微热变化，提出一种疲劳耗散能计算方法；其次，研究疲劳过程中宏观耗散能与内部微结构演化关系；最后，构建基于稳态耗散能和初始瞬态耗散能的疲劳性能快速预测方法。主要研究工作如下：（1）提出一种基于红外热像技术的疲劳耗散能计算方法。在热力学框架下，基于薄板假设，建立疲劳载荷下的材料的热传导方程。运用非接触式的红外热像技术和电液伺服疲劳实验机，构建一套观测疲劳微热变化的红外疲劳实验系统。通过设置参考试样和隔热装置以降低环境噪声的影响，分离出导致局部温升变化的耗散源、热弹性源和热辐射源，并推导出单循环疲劳耗散能计算公式及检测门限，最后通过实例验证耗散能计算方法的可行性和准确性。（2）通过不同载荷历程下的疲劳耗散能实验，验证了宏观疲劳耗散能可作为表征材料内部微结构演化的标识。基于疲劳过程中的能量平衡方程，推导出初始瞬态和稳定能量耗散阶段疲劳耗散能、塑性应变能和储能的理论计算方法，分析弹性迟滞区间内耗散能和塑性应变能的变化规律。通过全面对比分析拉伸损伤和疲劳损伤前后耗散能变化规律，可知宏观疲劳耗散能与内部微结构演化密切相关，可作为疲劳损伤评估的一个敏感指标，并应用于等变幅疲劳损伤实时监测中。（3）提出一种基于稳态耗散能的疲劳性能参数快速预测方法。当经历一定的疲劳寿命循环次数后，材料达到稳态能量耗散阶段后，内部微观结构演化达到准平衡态过程，单循环疲劳耗散能基本保持恒定。通过拟合对应不同疲劳载荷水平的稳态耗散能，提出预测疲劳极限的单线法和双线法。同时，拟合出疲劳耗散能-寿命曲线与应力-寿命曲线相同的规律，且耗散能-寿命曲线能够表征疲劳寿命的离散分布。推导出基于稳态耗散能的Miner累积损伤模型，将其用于预测剩余寿命预测和载荷次序效应研究中，所得结果与实验数据一致，具有较好的精度。（4）研究基于初始瞬态耗散能的高周超高周疲劳性能参数预测方法。在疲劳初始瞬态能量耗散阶段，耗散能迅速增加并逐渐稳定，对应于材料的初始微塑性效应。通过实时监测不同疲劳载荷作用下初始瞬态耗散能变化规律，研究基于初始累积塑性耗散能的疲劳性能参数预测方法，所得疲劳极限与稳态耗散能方法及实验确定的疲劳极限相近；拟合的初始塑性耗散能-寿命曲线也呈现出与应力-寿命和稳态耗散能-寿命曲线相同的规律。最后，基于安定理论和Dang-Van疲劳准则，探索基于初始累积耗散能的超高周疲劳极限预测方法，具有一定的合理性。