由于材料本身缺陷或加工过程中造成的损伤,结构内部不可避免地会存在微裂纹,在一定条件下微裂纹会不断扩展、积聚汇合最终造成材料的断裂失效。大量事故证明由初始裂纹扩展造成的低应力脆断是工程结构的主要破坏模式,因此研究裂纹扩展规律、掌握裂纹断裂特性具有重要的学术价值和工程应用背景。本文基于线弹性断裂力学理论,借助ANSYS软件平台,利用APDL语言编制了专用分析程序,研究了二维裂纹扩展路径模拟和疲劳寿命预测,取得如下研究成果：1)针对裂纹尖端奇异应力场,系统阐述了应力强度因子的数值计算方法,通过典型算例对位移外推法、裂纹张开位移法和J积分法进行了分析对比,同时研究了裂纹长度、构件几何参数及外载对应力强度因子的影响。2)为便于分析及应用,采用位移外推结合奇异单元在ANSYS平台上编制了裂纹扩展路径模拟专用程序。在裂纹扩展每一步中计算应力强度因子,根据最大周向应力准则判断裂纹扩展方向并得到下一个裂尖位置,更新裂纹并重新划分网格进行计算,如此循环直至满足裂纹失稳扩展条件。将模拟结果与解析解或实验数据进行比较验证了算法及程序设计的正确性及有效性。3)在上述裂纹扩展分析的基础上引入等效应力强度因子,基于Paris准则建立了疲劳寿命预测模型,并应用该模型对等幅拉伸载荷作用下的穿透裂纹进行了数值模拟,与文献中的参考结果吻合较好。此外,利用初应力法引入喷丸残余应力场,探讨了裂纹纵向扩展时表面残余压应力对疲劳寿命的影响,模拟结果表明,残余压应力对疲劳裂纹有明显的抑制作用,当裂纹尖端越过压应力层后,压应力的影响不会立即消失而是存在一个影响域,随着裂尖与压应力层边界距离的增加,抑制作用会逐渐降低直至为零。4)针对复合材料中界面断裂失效的特殊形式,分别应用内聚力模型和虚拟裂纹扩展技术模拟了双悬臂梁脱粘过程,计算结果表明两种方法整体趋势吻合且对网格尺寸均不敏感,但内聚力强度对结构的载荷-位移关系有显著影响。