由于加工工艺、环境条件和结构疲劳等的原因，裂纹在工程材料中萌生和扩展，最终引起构件或者结构的破坏。316L钢在经过表面纳米技术后，获得更好的力学性能，材料的弹性模量增大，屈服极限及强度极限都有很大提高。本文利用断裂力学知识及表面纳米技术得到的新的材料性能参数，对含裂纹结构进行止裂设计及提高结构的疲劳寿命。　　本文主要研究内容及结论如下:　　(1)提出一种表面纳米化方法，用于平面状态条件下的抗断裂设计。以平面直裂纹尖端附近表面纳米材料区域的形状和尺寸（参数）作为设计变量，以裂纹尖端的弹塑性断裂韧性J积分作为目标函数，并以边界条件，荷载形式等作为约束条件，对平面应变状态下的二维裂纹问题进行表面纳米化设计和分析。结果表明，随着表面纳米材料区域面积的增加，J积分值减小，面积增大到一定程度时，趋于稳定;在表面纳米材料区域面积不变的情况下，分别讨论了表面纳米材料区域形状分别为菱形、椭圆、矩形和心型等对J积分的影响，并进行了比较。计算结果表明，J积分降低程度由高至低依次为:心形、矩形、椭圆形、菱形。这说明表面纳米化可用于平面应变状态下含裂纹金属薄板的抗断裂设计。　　(2)提出一种含贯穿裂纹空间板结构的表面纳米化方法抗断裂设计。根据二维平面应变直裂纹问题的结论，针对相同尺寸的金属板，进行三维建模，并把结构分为三层，在结构的两个表层进行表面纳米材料的形状和尺寸设计，计算三维裂纹的J积分。结果表明，三维裂纹尖端的J积分变化规律与二维一致;另外，还研究了不同位置表面纳米区域对J积分的影响，结果表明，表面纳米材料区域与裂纹尖端越远J积分值越大。因此，表面纳米化区域应该设计在裂纹尖端附近。　　(3)给出延长U型缺口结构疲劳寿命的表面纳米化方法。根据现有的316L钢疲劳性能参数和表面纳米化316L性能参数，建立三维U型缺口结构模型，研究表面纳米化对含缺陷构件或结构在承受循环荷载的疲劳寿命影响。结果表明，表面纳米化对结构的疲劳寿命有明显提高。