服役中的航空航天器、化工设备、核电站及交通运输设备中的关键零部件通常在复杂的多轴循环载荷下工作。为了满足实际机械结构部件的多轴疲劳强度和寿命设计的需求，多轴疲劳理论的研究越来越受到重视。近年来，在多轴恒幅载荷下的疲劳寿命预测方法的研究取得了一些进展，但对于更符合实际需求的随机多轴载荷下的疲劳寿命预测方法的研究相对较少。一些研究成果由于理论的复杂性很难应用于工程实际中。因此，从理论上全面深入地研究随机多轴载荷下的疲劳寿命估算方法，并将研究成果能方便地让工程师或设计人员应用于实际工程中，保证机械结构安全可靠地运行，这将具有重要的理论意义和工程实用价值。　　本文从工程应用角度出发，采取试验与理论相结合的研究方法，对随机多轴载荷下的疲劳寿命预测问题进行了深入研究，提出了新的随机多轴疲劳寿命预测方法，并在此基础上进行了随机多轴载荷下的疲劳损伤在线监测及寿命评估系统的开发研究。　　首先，对7050-T7451铝合金光滑薄壁管试件进行了拉扭比例、非比例载荷路径下的恒幅疲劳寿命试验，并完成了拉扭随机载荷下的变幅多轴疲劳寿命试验。研究了加载路径对多轴疲劳寿命和循环应力应变关系的影响。　　其次，对基于临界面方法的多轴疲劳损伤模型进行了分析，提出了一种基于损伤支配类型的多轴疲劳损伤估算方法来预测恒幅载荷下的多轴疲劳寿命，该方法用七种材料的试验数据进行了验证。　　再次，提出了基于依赖载荷路径的多轴循环计数方法和基于等效相对应变的循环计数方法，两种方法都能对拉扭随机多轴载荷进行循环计数。将两种多轴循环计数方法结合基于损伤支配类型的多轴疲劳损伤估算方法和Miner线性损伤累积法则，给出了两种随机多轴疲劳寿命估算方法，并用两种材料的拉扭变幅多轴疲劳试验数据进行了验证。　　然后，对基于虚拟应变的缺口多轴应力应变估算方法进行了研究，给出了虚拟塑性应变与缺口塑性应变的关系。结合循环增量塑性模型和虚拟塑性应变与缺口塑性应变的关系，提出了基于塑性修正的缺口多轴应力应变估算方法，并利用带环形缺口圆棒试件在拉扭循环载荷下的试验数据进行了验证。　　最后，采用Fortran和C＃语言混合编程技术，分别开发了随机多轴疲劳寿命评估系统和随机多轴载荷下的疲劳损伤在线监测系统。随机多轴疲劳寿命评估系统适用于设计阶段对已知应力应变载荷谱进行疲劳寿命预测。在线监测系统则适用于服役过程中对关键零部件疲劳损伤的动态估算。在随机多轴疲劳寿命评估系统中，加入了高温多轴疲劳寿命估算方法，能够对蠕变损伤和疲劳损伤进行分别评估，扩展了其使用范围。两套系统的所有功能都用相应的试验数据或试验进行了测试，测试结果显示开发的两套系统是可接受的。