重大工程机械,如飞机、高铁、车辆等,在实际服役过程中都不可避免受到复杂疲劳载荷的作用。疲劳失效是工程中最典型的结构破坏形式,并且疲劳失效往往最先发生在结构几何不连续区域的缺口处,比如铆钉孔、键槽和轴肩等。疲劳裂纹一般萌生于缺口根部区域,这是因为缺口根部存在局部高应力区。在多轴疲劳载荷作用下,缺口根部不仅存在应力梯度而且还存在载荷非比例度梯度。工程构件的缺口疲劳寿命决定着整个结构的安全使用寿命,研究金属缺口件多轴疲劳寿命预测方法至关重要。本文的主要研究工作如下:（1）对2297-T87铝锂合金进行了系统的静力试验和疲劳试验,通过静力试验测得材料的弹性模量、泊松比、屈服强度、断裂强度等力学参数。随后对2297-T87的光滑圆管件进行了扭转疲劳试验,绘制出S-N曲线。最后,对2297-T87铝锂合金两种缺口件进行了多轴疲劳试验,试验过程中对缺口区域连续拍照并观察裂纹萌生的过程;疲劳试验结束后在显微镜下观测缺口根部的疲劳裂纹萌生规律。（2）多轴疲劳强度是近几十年研究的热点问题,学者们提出了许多不同的多轴疲劳失效准则来预测结构多轴疲劳寿命。本文收集了近几十年来几种具有代表性的多轴疲劳损伤参量,并根据考虑多轴非比例附加强化的方式不同,将其分为间接损伤参量和直接损伤参量。间接损伤参量一般是经验模型,由比例疲劳损伤参量发展而来;直接损伤参量是通过物理假设和严谨地公式推导得到,具有一定的物理机理。随后收集了大量的多轴疲劳试验数据来比较这两类疲劳损伤参量的寿命预测精度。预测结果表明:这两类疲劳损伤参量的代表模型,即间接损伤参量的Itoh模型和直接损伤参量的Susmel模型,对多轴疲劳寿命的预测精度最高且相近。（3）单轴疲劳载荷下缺口件的裂纹萌生起始点,即疲劳危险点,与静力载荷下破坏点的位置一致。但在多轴非比例疲劳载荷下,应力主轴旋转导致缺口根部应力最大点的位置一直发生变化,预测缺口件多轴疲劳寿命首先需要确定缺口根部疲劳危险点的位置;本文提出了应力幅值法和损伤参量法来确定缺口件疲劳危险点。应力幅值法是将平均应力修正后的最大应力幅值点作为疲劳危险点,损伤参量法是将Susmel等效应力最大的点作为疲劳危险点。随后,通过2297-T87铝锂合金多轴疲劳试验来验证上述两种方法的有效性和正确性。（4）缺口根部萌生的疲劳裂纹既不是Ⅰ型裂纹也不是Ⅱ型裂纹,而是复合型裂纹。这是因为缺口根部不仅存在应力梯度,而且还存在载荷非比例度梯度和多轴应力。将最大非扩展裂纹长度l0定义为疲劳裂纹萌生长度,裂纹萌生长度l0为半径的扇形区域即为缺口根部疲劳损伤区域。将通过疲劳危险点且经历最大剪应力幅值的平面定义为缺口临界面（NCP）,缺口临界面的方向即为缺口根部裂纹萌生方向。在缺口临界面上选用基于临界面法的多轴疲劳损伤参量来预测缺口件多轴疲劳寿命,这样综合考虑了缺口根部的应力梯度和多轴应力对疲劳寿命的影响。（5）对Susmel等提出的最大方差法（MVM）进行了修正,推导出任意平面上正应力方差和平均正应力公式。引入牛顿法和共轭梯度法求解最大方差法来确定临界面位置,并提出了基于临界面的多轴循环计数法,该计数方法将临界面上的分切剪应力作为主计数通道,将临界面上的正应力作为辅计数通道。之后,收集了文献中的光滑件多轴变幅疲劳试验数据来验证上述方法的正确性。（6）基于最大方差法将缺口临界面法推广至三维,将通过疲劳危险点且经历最大分切剪应力方差的平面定义为缺口临界面。根据线弹性假设和叠加原理,提出了一种简单拟合缺口根部弹性应力场的方法,随后提出了修正的临界距离l与变幅疲劳损伤Db的幂函数关系。最后收集了大量的缺口件多轴变幅疲劳试验数据来验证以上方法的有效性。