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材料低周疲劳(Low cycle fatigue, LCF)和疲劳裂纹扩展(Fatigue crack propagation,FCP)性能是结构安全设计和服役结构完整性评价所依赖的基础。随着中国“大飞机计划”、“高铁走出去战略”以及大批核电项目的启动,结构设计与安全评价的重要性日益凸显,对各种新材料和特种尺寸试件的LCF力学性能和FCP性能的试验方法提出了新需求。鉴于目前尚无弹塑性循环条件下材料扭转疲劳及含裂纹小尺寸试样的断裂测试方法,本文针对航空材料C250马氏体时效钢开展了扭转LCF和C型环小试样FCP试验方法的创新研究,完成了以下工作：(1)完成了C250马氏体钢室温、150℃、200℃和350℃下的单轴拉伸试验,获得了材料四种温度下单调应力-应变曲线。针对等直试样高温扭转LCF存在的问题,设计了小曲率漏斗试样,完成了150℃、200℃和350℃环境中在两种加载比下的高温扭转LCF试验,获得了扭矩T-名义扭转角φn(引伸计控制扭转角)之间的试验关系。(2)提出了一种扭转低周疲劳测试新方法：利用ANSYS刚性梁加载法实现了3D漏斗试样的扭转有限元分析,将单调拉伸试验得到的应力-应变曲线作为初始本构关系,以试验得到的材料扭转试样的T-φn。曲线作为迭代目标,通过有限元辅助测试(Finite-element-analysis aided testing, FAT)方法进行反演分析,获得材料的循环本构关系,并基于该关系再次通过有限元分析,得到漏斗试样根部剪切应变γ与名义扭转角φ。关系、剪切应力τ与扭矩T关系的转换公式。(3)基于实验结果和上述方法,获得了在高温循环条件下C250钢扭转试样漏斗根部的应力应变状态,并由此获得了材料的扭转LCF行为特性。对比Mason-Coffin模型、拉伸滞后能损伤模型和应变寿命曲线三参数幂函数模型(TPM),结果表明,采用三参数幂函数模型可以更好描述C250钢的扭转LCF特性,进而给出了三种温度和两种加载比下的C250钢扭转LCF寿命的预测公式。(4)针对工程中小尺寸材料的断裂性能测试问题,设计了含外侧径向裂纹的小尺寸C形环(C-ring with outer radial crack, CRO)试样和加载装置。基于平面有限元分析,提出了CRO试样的裂纹长度预测公式和应力强度因子计算公式。(5)采用5083-H112铝合金考察了CRO小试样FCP试验新方法的有效性；基于CRO小试样FCP试验新方法完成了C250钢FCP试验研究,得到了其FCP材料性能。