断裂力学分析法认为构件的疲劳损伤是由初始裂纹扩展到某一临界裂纹造成的。谱疲劳分析法是依据疲劳应力范围-疲劳寿命（S-N）曲线来预估疲劳寿命，S-N曲线中的疲劳寿命包括了疲劳裂纹的起始寿命和扩展寿命两部分。由于结构构件与试样存在着不同程度的缺陷或裂纹，这将降低疲劳裂纹的初始寿命。因此，根据S-N曲线不能对结构安全寿命做出完整的评估。用断裂力学分析法预报疲劳寿命是比较合理的，且比制造S-N曲线更为经济，是构件疲劳破坏研究的重要方向。

断裂力学方法认为损伤为一切工程构件所固有。损伤的尺寸通常用无损探伤技术来确定，若在构件中没有发现损伤，则进行可靠性检验，即根据经验对一个结构在应力水平稍稍高于使用应力的条件下进行模拟试验。如果无损试验方法没有检验出裂纹，而且在可靠性检验中也不发生突然的破坏，则根据探伤技术的分辨率来估计最大（未测出）原始裂纹尺寸。疲劳寿命定义为主裂纹从这一原始尺寸扩展到某一临界尺寸所需的疲劳循环数或时间。可以根据材料的韧性、结构特殊部位的极限载荷、容许的应变和容许的构件柔度变化来选择疲劳裂纹的临界尺寸。应用断裂力学的裂纹扩展经验规律来预测裂纹扩展寿命。根据线弹性断裂力学的要求，只有在满足小范围屈服条件下，也就是远离任何应力集中的塑性应变场，而且与带裂纹构件的特征尺寸（包括裂纹尺寸）相比，裂纹顶端塑性区较小，在弹性加载条件占主导地位的情况下，才可以应用断裂力学方法。在线弹性断裂力学中，有裂纹的构件受应力作用时，裂纹尖端处的受力程度不是用应力表示，而是用应力强度因子K来描述。应力强度因子K的大小，与含裂纹构件的形状、裂纹的大小和位置、载荷大小和加载形式有关，可以用数学力学方法求得K的表达式。一般情况下，载荷增大、裂纹增长都使应力强度因子增大。当应力强度因子增大到某个值时，裂纹开始扩展。在断裂力学中，以张开型（I型）裂纹最常见，而且最容易发生低应力脆断。

金属中的I型裂纹扩展速率曲线如图所示，在第一区域即裂纹起始区通常使用以下公式：

…（1）

…（2）

式中为裂纹长度；为交变应力的循环次数；为应力循环一次裂纹扩展的长度，即裂纹的扩展速率；为裂纹尖端应力强度因子；为应力强度因子的门槛值，由实验测定；为材料常数，由实验测定；对于结构钢，实测的值一般为2～7。

在第二区域即裂纹的稳定扩展区则采用帕里-埃尔多安（Pari-Erdogaan）裂纹扩展公式：

…（3）

在第三区域，裂纹快速扩展，直至最后失效，这个区域在整个疲劳寿命中所占的比例通常很小，一般在工程中不考虑。

有了裂纹扩展速率公式，就可以对结构的疲劳裂纹扩展寿命进行计算，例如对于上述裂纹扩展公式，求积分，即得：

…（4）

式中为初始裂纹尺寸；为临界裂纹尺寸；为从初始裂纹尺寸扩展为临界裂纹尺寸的应力循环次数。

裂纹起始区与裂纹稳定扩展区应力循环次数之和即为疲劳寿命。

金属中的I型裂纹扩展速率曲线