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在甘肃省人才工程基金和兰州理工大学学术梯队及特色研究方向基金资助下,开展了中碳钢材料轴向加载条件下的超低周疲劳断裂设计研究,为裂纹技术在工程中的应用提供有价值的工艺参数。 基于断裂力学理论知识和裂纹技术的现有成果,分析了平面裂纹及V型缺口问题的应力场、位移场,探讨了平面裂纹和切口问题的应力强度因子及其断裂准则。对实验所采用试样的不同缺口形式的应力强度因子进行了理论计算,计算所得的应力、应变及位移云图结果表明:在轴向加载条件下,以V型缺口作为超低周疲劳断裂敏感应力场设计的方法是可行的。 考虑到超低周疲劳断裂设计的特点,进行了中碳钢在超低周疲劳断裂试验的方案设计及各试验技术参数的选择确定,并在岛津EHF-EM100kN新型电液伺服高频疲劳试验机上得以执行。 将疲劳断裂所得的试验数据结果,运用疲劳寿命评定方法以及变形能耗消耗评定方法进行处理。通过实验,结合疲劳断口形貌特征,分析了载荷形式及幅度、切口角度、切口深度、切口尖端圆角半径以及加载频率等工艺参数对中碳钢在轴向加载条件下的超低周疲劳断裂的影响情况。结果表明拉压疲劳载荷能够达到低能耗、断面高质量、超低周次高效率的断裂设计要求,适宜的载荷频率为3～5Hz,适宜的切口参数为:切口尖端半径r=（0.2～0.3）mm,切口角度α=60°,切口深度t=（0.14～0.17）D。 对轴向加载的中碳钢超低周疲劳特性分析显示,其在受载过程中发生了循环硬化。基于对不同计算方法的疲劳缺口系数Kf的分析比较,提出了适宜于超低周疲劳断裂设计的Kf计算公式:Kf=0.986+（0.692-0.018Kt）（Kt-1）。对比试验数据,采用不同的方法研究了中碳钢轴向加载下的超低周疲劳寿命,提出了以Kfσmaxεα作为衡量参量的修正SWT模型方法适宜于轴向加载下的超低周疲劳寿命预测。