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反映材料代表性体积单元（Representative volume element,RVE）低周疲劳特性的单轴试样Manson-Coffin律与材料疲劳裂纹扩展（Fatigue crack propagation,FCP）速率是表征材料抗疲劳破坏的重要力学性能指标,是对核反应堆工程、化工、航空、航天、高铁等关键工程进行结构完整性评价的重要依据。近30年研究表明,材料RVE的低周疲劳特性与Ⅰ型裂纹构元的FCP速率之间存在强关联性。对于Ⅰ-Ⅱ型裂纹,由于裂尖应力应变场更为复杂,其FCP速率与材料RVE的低周疲劳特性之间是否存在或有何种关联性至今罕有文献报道;与几何尺寸、材料、载荷相关的裂纹构元的应力强度因子、J积分是制约裂纹扩展的断裂参量,求解Ⅰ-Ⅱ型裂纹构元J积分解析解是断裂力学中的困难问题;至今尚缺乏用于Ⅰ-Ⅱ型裂纹疲劳扩展(Fatigue crack propagation for mixed-mode Ⅰ-Ⅱ crack,FCPⅠ-Ⅱ)试验与分析的理论公式和有效的柔度试验方法。针对这些问题,本文在材料RVE低周疲劳Manson-Coffin律与FCPⅠ-Ⅱ速率的关联性、基于能量中值等效原理的Ⅰ-Ⅱ型裂纹Je积分半解析模型、FCPⅠ-Ⅱ速率柔度试验新方法等方面进行了系统研究。主要工作如下:1.单轴试样的低周疲劳临界当量塑性应变能密度与寿命之间的关系可有效表征材料RVE在循环塑性应变下的临界破坏特性。假定材料RVE的临界当量塑性应变能密度与小范围屈服条件下Ⅰ-Ⅱ型裂纹沿裂纹面裂尖有效循环塑性区内材料RVE的临界平均当量塑性应变能密度等效,结合裂尖有效循环塑性区的循环应力应变场,并考虑裂纹闭合效应,提出了基于单轴低周疲劳条件下材料RVE临界当量塑性应变能密度预测FCPⅠ-Ⅱ速率的理论模型,该模型参数仅包含低周疲劳的Manson-Coffin模型参数,可用于实现含Ⅰ-Ⅱ型裂纹结构疲劳寿命的理论预测。2.假定单轴低周疲劳条件下材料RVE的临界线性损伤累积与小范围屈服条件下Ⅰ-Ⅱ型裂纹沿裂纹面裂尖有效循环塑性区内材料RVE的临界平均线性损伤累积等效,结合裂尖有效循环塑性区的循环应力应变场,并考虑裂纹闭合效应,提出了基于单轴低周疲劳条件下材料RVE临界当量线性损伤累积律预测FCPⅠ-Ⅱ速率的理论模型,该模型参数仅包含低周疲劳Manson-Coffin模型参数,可用于实现含Ⅰ-Ⅱ型裂纹结构疲劳寿命的理论预测。3.基于构元变形域平均应变能密度等效于能量中值点受单轴von Mises等效的材料RVE应变能密度的能量中值等效原理,针对Ⅰ-Ⅱ型裂纹构元,提出了描述材料弹性参数、几何尺寸、荷载（或位移）和能量之间关系并确定关系参量的理论方法,并应用建立了含初始水平裂纹紧凑拉剪（Compact tension shear,CTS）试样和拉剪蝶形试样（Arcan试样）的Je积分半解析模型:Je0-CTS模型和Je0-Arcan模型。对于CTS试样和Arcan试样,当初始水平裂纹长度a0与宽度W之比a0/W分别满足a0/W∈[0.26,0.74]和a0/W∈[0.16,0.65]、加载角α均满足α∈[0,π/2]时,Je0-CTS模型和Je0-Arcan模型的Je积分预测结果与有限元分析结果之间密切吻合,相对误差均在1%以内。4.基于最大周向应力准则和有限元分析,对于水平裂纹发生偏折扩展（平折扩展）的CTS试样,提出了适用于描述不同加载角度、不同几何尺寸和不同材料的Je积分模型和柔度模型,结合设计用于FCPⅠ-Ⅱ试验的CTS试样创新夹具,提出了用于获取FCPⅠ-Ⅱ速率与Je积分范围之间关系的柔度试验新方法。对于初始水平裂纹长度a0和偏折裂纹长度a满足a0/W∈[0.36,0.64]和a/W∈[0,0.2]的CTS试样,当加载角α满足α∈[0,π/2)时,Je积分模型和柔度模型的Je积分和柔度预测结果与有限元分析结果之间密切吻合,相对误差均在1%以内。5.针对30Cr2Ni4Mo V转子钢,应用Ⅰ-Ⅱ型裂纹柔度试验新方法,完成了一系列疲劳裂纹扩展试验,获得了不同加载角度、不同初始裂纹长度下的疲劳裂纹扩展速率试验规律,两类理论模型对裂纹扩展速率的预测结果均与试验结果相比较有良好的一致性。