工程中的大多数结构是在循环载荷条件下工作的，其受载形式可能是单轴也可能是多轴的，由此引发的疲劳断裂是结构失效的一个主要模式。对于实际服役的各种航空航天飞行器以及其他交通运输工具中的各种主要零部件，单轴疲劳状态已不能真实地反映其受力情况，这是由于大多数零部件是在多轴应力状态下工作的。多轴疲劳问题业已逐渐得到国际疲劳界的广泛关注，其中如何更加准确地预估多轴疲劳寿命是疲劳领域相关学者目前需要解决的一个重要课题。　　本文在当前多轴疲劳研究成果的基础上，结合单轴和多轴疲劳试验，采用试验与理论相结合的方法，对多轴疲劳寿命预估方法进行了深入的研究。　　本文的主要工作和成果如下：　　（1）在不同应力幅值下对光滑试件进行了拉压疲劳试验，得到304不锈钢的S－N曲线，为本文的单轴非线性疲劳寿命预估模型提供了单轴试验数据。此外，通过单轴缺口疲劳试验研究了不同缺口深度下应力与疲劳寿命之间的关系以及缺口深度对单轴疲劳寿命的影响，结果显示：在单轴加载时，随着缺口深度的增加，试件寿命逐渐减小，二者呈近似线性关系。最后，在自制夹具的基础上，设计和加工了带缺口弯扭疲劳试件，并在立式单轴疲劳试验机上完成了不同缺口深度的弯扭疲劳试验，以研究不同缺口深度对多轴疲劳寿命的影响，结果显示：随着缺口深度的增加，试件寿命逐渐减小，并且二者也呈近似线性关系；与单轴缺口疲劳试件相比，多轴疲劳试件的缺口深度对疲劳寿命的影响更小，即在相同缺口深度的增幅下，多轴缺口疲劳试件寿命的减少量更小。不同缺口深度下的弯扭疲劳试验数据也可以进一步验证本文提出的多轴非线性疲劳寿命预估模型的正确性。　　（2）目前一般采用Scoie最大剪切应变平面搜索法来确定带缺口试件的临界面，该方法必须已知缺口根部的迟滞回线，而缺口根部的迟滞回线不易获得，通过多轴疲劳试验的方法获得迟滞回线需要耗费大量的时间并且价格昂贵。为此本文提出一种确定缺口试件临界面的数值方法，该方法首先利用有限元软件（如ANSYS）得到不同工况下危险点处的应变张量εij，并通过坐标变换得到任意平面上的应变分量；然后借助MATLAB软件计算相应平面上的最大剪切应变幅(△γi,max/2)，并将这些平面的(△γi,max/2)进行比较(△γi,max/2)所在的平面即为临界面。　　（3）采用已有的理论方法确定光滑试件的临界面位置。通过计算发现，(-π/2，π/2)范围内的△γimax/2对应着两个不同的平面。因为临界面上法向应变幅有利于裂纹的扩展，进而对多轴疲劳寿命产生较大的影响，所以需要计算出两个△γimax/2所在平面的法向应变幅，较大法向应变幅所在的平面即为临界面。　　（4）提出一种计算多轴加载下缺口根部主应力和主应变的修正方法，相对于现有的方法，该方法计算精度更高；且相对于有限元方法，本文方法更为简便，不需要针对具体的结构、加载方式等进行单独建模。此外，本文应用目前常用的多轴疲劳寿命预估模型分别对45号钢光滑试件和304不锈钢缺口试件进行疲劳寿命预估，并将预估结果与试验结果进行对比分析。　　（5）提出一种适用于低周疲劳的单轴非线性疲劳寿命预估模型。由单轴疲劳试验得到的S－N曲线拟合出304不锈钢单轴非线性疲劳寿命预估模型的未知参数；由于缺少45号钢的单轴疲劳试验数据，本文利用Manson－Coffin方程与已知的单轴疲劳常数拟合出45号钢单轴非线性疲劳寿命预估模型的未知参数。　　（6）将单轴非线性疲劳寿命预估模型与临界面法相结合提出一种新的多轴非线性疲劳寿命预估模型。该模型从损伤的角度来预估多轴疲劳寿命，不仅考虑了临界面上裂纹形成和扩展的物理意义，而且反映了相位差对附加强化效应的影响。此外，该模型还对非对称加载条件下的平均应变进行了修正。经试验数据验证，本文提出的模型预估结果与试验结果接近，明显优于目前已有的多轴疲劳预估方法，且具有很好的适用性。