金属管材的需求量多,应用范围广,机械制造业中的许多重要零部件都是由各种金属管材加工制作而成。各种金属管结构在实际应用过程中往往会受到比较复杂的交变应力作用,进而萌生裂纹并扩展,最终发生失稳断裂,导致机械故障甚至工程事故。并且,疲劳失效发生时相应部位的实际应力水平通常要比根据管材结构静态断裂计算得出的理论应力小。因此,有关金属管材的疲劳断裂研究是结构安全设计的保障和基础,是其产品寿命评估的参考和依据,在理论研究及工程应用方面都具有重要的意义。目前已有的研究多局限在单频振动疲劳领域或者金属材料的拉压疲劳、扭转疲劳上,缺少复合振动载荷条件下金属材料的疲劳断裂研究,也很少涉及金属管材的裂纹萌生扩展机制及断裂规律研究。针对这些问题,基于自行研制的高低频复合振动实验装置,对预制V形切口的金属管材在复合振动载荷下的疲劳断裂问题进行了研究。主要的研究内容包括:（1）分析复合振动实验装置的结构组成,包括机械系统和计算机控制系统的组成方式和控制流程。阐述实验装置的振动原理,分析复合振动特性,给出频率、激振力、振幅等不同变量输出参数。同时,论述了频率的测量与控制过程,激振力大小的调节方式以及空载运行和受载振动时的振幅变化规律。（2）将金属管材的最终断裂看作疲劳和裂纹体的综合问题,结合断裂力学和相关疲劳的理论对其作系统分析。以金属材料的疲劳断裂基本概念为基础,分析疲劳断裂类型、疲劳断裂过程以及不同裂纹和断面的特点。在此基础上,研究复合振动载荷下金属管材疲劳裂纹的起始部位及机理,并通过建立复合振动疲劳损伤模型和进行应力集中效应分析,获得复合振动载荷的交互作用,明确叠加的高频振动载荷频率及大小对金属管材疲劳断裂的影响规律。（3）分析预制V形切口金属管材的裂纹萌生扩展条件,主要内容有:a)对金属管材受载振动建立数学模型,将其整体转化为一个二阶受迫振动系统,详细分析其复合振动特性,得出振幅的不同变化规律。b)分析应力强度因子断裂判据,建立金属管材复合振动过程中施加的激振力和频率的关系。c)结合疲劳裂纹有效扩展门槛值ΔK_th和断裂韧性K_IC,计算推导使得金属管材能够萌生裂纹并平稳扩展的振动载荷条件。（4）分别对45钢、304不锈钢以及6061铝合金三种不同金属材质管材预制相同的V形切口,并结合相关理论分析,进行实验研究。具体包括空载振动实验、振动疲劳断裂实验,疲劳断裂可控性实验三部分。实验结果表明,振动载荷作用下金属管材的裂纹在V形切口两侧根部萌生,并向内部径向扩展,最终失稳断裂,使得金属管材的断面都呈现出了相对平整的扩展区域和凸起、凹陷的瞬断区域。同时,实验验证了复合振动载荷对金属管材疲劳断裂的加速作用,以及变频振动载荷和共振效应下金属管材疲劳断裂的可控性。此外,依据实验结果进一步分析与总结了复合振动载荷对金属管材疲劳断裂的影响规律,提出了一种管材断面质量的测量与评价方法,并给出了金属管材振动疲劳断裂的断面特点。