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本文对三种微观组织（细晶细碳化物FF、细晶粗碳化物FC、粗晶粗碳化物CC）的16MnR钢预裂纹试样和缺口试样在韧脆转变下平台温度区间（-60℃~-100℃）的解理断裂机制，以及对NiCrMoV系低碳贝氏体高强钢MAG焊得到的DM4-1、DM4-5两种焊接接头在不同温度（室温RT、-50℃、-110℃、-196℃）下的拉伸性能以及母材和三种焊接接头在-196℃的冲击性能进行了研究。通过应用大型有限元商业软件ABAQUS建立三点弯曲COD预裂纹模型、夏比V型缺口模型以及焊接接头圆棒拉伸模型，模拟不同阶段的应力应变场分布，通过实验参数计算的COD值和解理起裂位置Xf值结合有限元计算的相应的应力应变分布曲线，测得16MnR钢三种不同组织结构材料的各试样在不同温度下发生解理断裂时的起裂点处的细观断裂应力σf，起裂点处的应变εpc以及临界三向应力度TC的值。同时对低碳贝氏体高强钢焊接接头的不同温度拉伸曲线加入G-T-N损伤模型进行模拟并提取断裂时圆棒试样横截面沿半径方向的主应力σyy、三向应力度T和等效塑性应变εp的值进行比较，在此基础上计算低碳贝氏体高强钢不同焊接接头低温(-196℃)下解理断裂临界应力。通过上述工作得出以下主要结论:(1)XFEM可以很好的模拟脆性裂纹扩展，并不依赖于网格，但对于塑性裂纹扩展还不够完善，还需用DEBOND准则，建立主面从面，通过设定开裂语句实现塑性裂纹扩展。(2)对于预裂纹试样，碳化物尺寸对预裂纹三点弯曲实验的韧脆转变温度和断裂韧性值的影响比较大，而晶粒尺寸对预裂纹三点弯曲实验的韧脆转变温度和断裂韧性值的影响比较小。(3)对于缺口试样在同样碳化物尺寸时，晶粒细小的细晶粗碳化物FC冲击韧性高于粗晶粗碳化物CC冲击韧性，因此对缺口试样来说晶粒尺寸对其韧脆转变温度和断裂韧性的影响较大。(4)得到了NiCrMoV系低碳贝氏体高强钢DM4-1和DM4-5各试样焊缝的材料属性以及G-T-N损伤参数。(5)研究母材及三种焊接接头-196℃的冲击性能，得到解理断裂应力σf的大小顺序为：MC>T100>DM4-1>M100，并用两种解理判据计算出表面能，从而进一步解释不同焊接工艺的焊接接头性能差异的本质原因在于解理临界应力的大小和塑性变形能的大小不同。