根据科研、工业生产需要16MnR钢被广泛的应用在各种结构中,其受到各种加载方式的破坏,疲劳破坏是其普遍的失效事故。虽然破坏表面被证实了具有分形特征,但是在分形理论下对象的物理量纲失去了物理意义,本文基于泛形理论对16MnR钢的疲劳破坏进行研究,从根本上解决分形应用的本质缺陷,为16MnR钢的疲劳研究提供一种新思路。首先,通过应用泛形理论,采用计盒法求出了材料破坏断口形貌的复杂度以及最小度量码尺;利用试验数据,验证了泛形理论下的裂纹长度;建立了泛形下裂纹扩展模型,推导了基于泛形理论的考虑断裂形貌的疲劳裂纹扩展速率公式。其次,对16RnM钢进行了疲劳试验,加载应力分别为应力比一定,平均应力变化;加载幅值不变,加载平均应力变化;平均应力一定,加载幅值变化,探讨了不同加载情况对疲劳寿命和疲劳裂纹扩展长度的影响。通过激光共聚焦显微镜测得了断口表面数据,探讨了断口形貌的复杂度的变化趋势以及循环加载力对断口形貌复杂度的影响;通过区分循环加载产生的疲劳断裂和拉伸断裂的界线,获得了疲劳裂纹长度。第三,从宏、细、微观的角度出发,将16MnR钢的晶体组织结构、断口形貌以及裂纹扩展速率结合起来,探讨了晶体组织结构对断口形貌复杂度的影响。基于试验数据模拟了疲劳断裂过程,获得了各种循环荷载下的材料疲劳常数以及计算了泛形理论下的裂纹扩展速率,结果表明,在泛形理论下裂纹扩展速率的变化与裂纹长度有关。本文还计算了泛形理论的疲劳裂纹长度和疲劳寿命的关系,对16MnR钢的疲劳寿命进行了准确的预测。