零件在交变载荷的作用下经常发生低应力脆断现象，究其原因为疲劳失效。疲劳失效的过程由裂纹萌生、裂纹扩展和失稳断裂组成。其中，裂纹萌生通常产生于零件表面。表面裂纹在交变载荷的作用下不断扩展，导致了零件的失效，带来了较大的损失和安全隐患。所以研究表面疲劳裂纹的扩展具有非常重要的意义及价值。本文以线弹性断裂力学为基础，采用有限元方法，自编软件AxDPFlow模拟了构件表面疲劳裂纹的扩展，并预测其剩余寿命。主要研究内容如下：1）阐述了疲劳裂纹扩展数值模拟的理论基础，明确了数值模拟的步骤，探讨了其中的关键问题，即应力强度因子理论及计算方法。2）将平板作为研究对象，采用HyperMesh进行前处理，将平板划分为裂纹块和非裂纹块网格。其中裂纹块的网格通过编写程序建立，并将其映射为ABAQUS单元库中的标准等参单元；非裂纹块的网格保持不变，在其上施加载荷及边界条件。裂纹块和非裂纹块之间采用多点约束连接。3）在AxDPFlow软件平台上建立了疲劳裂纹扩展数值模拟的流程。调用ABAQUS软件进行有限元分析，采用两种数值方法计算了应力强度因子，并与Newman和Raju的经验值比较。考查了裂纹前沿的应力强度因子分布，考虑了多点约束及网格正交性对应力强度因子计算精度的影响。基于Paris公式计算裂纹前沿各个节点处的扩展增量，产生的新裂纹前沿采用三次样条插值函数描述。4）模拟了平板和圆柱在远场拉伸、弯曲及拉弯组合载荷下表面疲劳裂纹的扩展过程。考查了不同初始形状的裂纹在疲劳扩展过程中纵横比与深度比的变化关系，分析疲劳裂纹扩展的形状变化规律。结果表明载荷形式对裂纹扩展形状的影响较大；在相同载荷下，不同初始形状的表面裂纹具有相同的扩展规律。5）回顾了预测结构疲劳寿命的基本方法以及影响因素。基于Paris公式估算了含表面裂纹平板的剩余寿命，并考虑了裂纹扩展增量及应力比对疲劳寿命的影响。计算结果表明，本文采用的裂纹扩展增量可以较精确的预测结构件的疲劳寿命；平均应力及残余应力对疲劳寿命的影响可以通过应力比来反映。采用本文的方法模拟了曲轴表面疲劳裂纹的扩展，估算了曲轴的剩余疲劳寿命，为损伤容限设计提供依据。