伴随着新时代交通强国、铁路先行的发展需要,我国重载铁路货车朝着重载快捷的方向快速发展。为提高车辆运营可靠性及经济性,需根据车辆实际运用状态对关键结构部件的服役寿命进行评估。交叉支撑结构作为关键部件之一,对提高车辆的抗菱形刚度、抗蛇行失稳能力以及临界速度至关重要。本文以当前我国重载铁路货车主型转向架的交叉支撑结构为研究对象,通过台架试验、线路测试、仿真分析及理论等手段,结合检修及运用要求对其服役寿命进行预测研究,为检修维护提供可靠性支撑。首先,基于标准载荷对在役交叉支撑结构开展台架试验。通过应变测试获得杆体关键部位的应力分布、载荷-应力传递系数以及应力谱。根据结构服役运用现状,在杆体薄弱部位引入初始缺陷,探究了裂纹扩展路径、断裂形式、临界尺寸以及剩余服役寿命,为寿命预测模型的建立提供了可靠性支撑。其次,建立了交叉支撑结构的有限元模型,并开展了结构服役疲劳寿命研究。通过材料力学性能试验以及标准规范方法推导了各关键部件的疲劳S-N曲线,基于准静态名义应力法及线性累积损伤理论进行了各部件的疲劳寿命评估。基于仿真分析和疲劳试验结果,结合实际服役检修运用要求,得到了结构检修周期可适度延长至320万公里的结论。然后,基于线路动应力试验获取结构在实际服役条件下的动态振动响应。从时域和频域两个角度分析了线路激励条件下,耦合振动对结构服役寿命的影响,得到了结构以低频垂向耦合振动为主,振动对结构服役寿命影响很小的结论,因此在结构服役寿命研究中可以忽略线路激励对结构耦合振动产生的损伤影响。最后,为进一步延长结构服役寿命,探究了结构在伤损条件下的安全服役限值。基于线弹性断裂理论及三维裂纹扩展数值分析方法,研究了杆体薄弱部位的裂纹扩展行为,以及在宏观缺陷条件下的剩余寿命指标。通过对比仿真与试验的裂纹扩展规律,验证了模型及方法的可靠性,为实现结构安全服役状态评估提供了支撑。上述结果可为交叉支撑结构突破检修限度、延长检修周期、建立合理报废限度及检修规程的制订提供技术支撑,进而实现交叉支撑结构服役寿命和健康状态的评估。