机械构件在发生疲劳断裂之前,会经历一个包含裂纹萌生,短裂纹扩展和长裂纹扩展的多尺度损伤演化过程,而短裂纹扩展阶段消耗了绝大部分的疲劳裂纹扩展寿命。一方面,由于疲劳短裂纹受材料微观结构影响很大,建立在连续介质力学基础上的经典断裂力学理论难以描述短裂纹的扩展行为。另一方面,当前用于预测长裂纹扩展行为的模型并不再适用于短裂纹阶段。因此深入研究疲劳短裂纹的扩展行为及其影响因素对建立疲劳短裂纹的扩展速率预测模型具有重要意义。为此,本文以镍基合金Inconel 690为研究对象,利用先进的原位疲劳实验手段,对其短裂纹扩展行为展开了研究,主要内容和研究结果如下:（1）通过原位疲劳实验研究了Inconel 690疲劳短裂纹的扩展行为。首先,Inconel 690在短裂纹扩展阶段,裂纹扩展速率保持在10-9～10-12m/cycle的范围内波动,随着裂纹长度的增长裂纹扩展速率会经历一个先下降后上升的非单调过程。其次,疲劳短裂纹对微观结构敏感。裂纹萌生于驻留滑移带,裂纹扩展路径受到滑移带的影响呈锯齿形扩展。周期性的裂纹偏折和分叉导致了短裂纹扩展速率的非单调性和波动性,表现出该合金良好的微观组织抗裂性能。最后,晶界对Inconel690疲劳短裂纹的阻碍作用明显,在晶界处需要消耗更多的循环次数。二次裂纹是导致裂纹扩展速率呈现非单调变化的原因之一。（2）通过对短裂纹扩展行为的分析,建立了Inconel 690疲劳短裂纹扩展模型。首先,利用电子背散射衍射获取裂纹路径周围晶粒的晶体学取向,结合晶体学模型对Inconel 690的短裂纹扩展进行分析。发现裂纹在晶体中沿着滑移面扩展,在晶界处会选择相邻晶粒中具有最小扭转角的滑移面继续扩展,并且扭转角越大晶界的阻碍越明显。其次,建立了通过单位循环位错密度增量来描述短裂纹在遇到晶界后停止扩展的模型,可用于计算停滞周次。并提出了用于预测疲劳短裂纹扩展寿命的二元裂纹扩展模型。最后,尝试将神经网络用于Inconel 690疲劳短裂纹扩展模型的研究,结果表明该方法能够较好地描述短裂纹阶段裂纹扩展速率的非线性变化趋势。