绝大多数工程构件不可避免的存在缺口、裂缝等横截面突变的情况,这种情况在实际应用中会在局部造成严重的应力集中,从而在交变载荷作用下容易断裂失效。为了研究这类工程上遇到的实际问题,往往采用带缺口小试样来探究循环载荷对构件安全性能的影响。本文以齿轮常用的材料中碳合金调质40Cr钢为研究对象,利用喷丸强化处理技术改善缺口部位的表面完整性,通过综合对比分析了不同喷丸强度及覆盖率参数下材料的显微硬度、微观组织、表面形貌、残余应力、疲劳极限以及疲劳断口形貌变化情况,系统研究了喷丸处理对40Cr钢表面完整性和疲劳性能的影响。同时在已有的带缺口构件局部疲劳强度预测方法的基础上,对喷丸强化处理后缺口构件的局部疲劳强度预测做了深入探究。以试验、理论和模拟相结合的方法,通过综合考虑应力梯度、残余应力、加工硬化和表面粗糙度的影响,对喷丸处理过的40Cr钢缺口试样进行了局部疲劳强度的预测评估。试验研究表明,调质40Cr钢经过喷丸处理后在试样表面形成了一定深度的塑性变形层和较高数值的残余压缩应力。随着喷丸强度的增大,材料表面显微硬度明显增加。通过观察表面三维形貌发现,随喷丸强度的增大表面粗糙度逐渐增大;提高喷丸覆盖率参数可以明显降低表面粗糙度从而提高了材料表面完整性。疲劳试验结果表明,喷丸强化处理能够提高40Cr钢缺口构件的疲劳性能,当试样循环寿命在2×10~6次时,不同喷丸参数下的疲劳极限相对于未喷丸试样提升了14.3%~29%,当喷丸强度为0.2 mmA覆盖率为400%时疲劳极限提高幅度最大。本文在“线弹性有限元法—应力梯度法”进行缺口构件疲劳寿命评估的基础上,综合考虑喷丸处理对材料表面完整性的影响,如残余应力、加工硬化和表面粗糙度等的变化,修正了40Cr钢缺口构件喷丸试样的局部疲劳强度评估方法,最终获得了良好的预测精度,平均误差均在±5%以内,为直接预测经过喷丸处理后的缺口部件疲劳寿命提供了新的方法。