本文回顾了飞机结构疲劳寿命设计思想的发展，简单介绍了飞机单机监控的意义以及技术途径，指出单机在线监控对关键部位的应变进行测量时的实际问题，并以此为背景提出基于物理原型的反演方法。从多方面详细阐述了基于物理原型的反演方法，包括物理原型的定义和反演方法的物理数学解释。借用带孔板在简单拉伸载荷作用下的反演实例，证明了本文方法的可行性。同时从应用角度出发，对基于物理原型的结构疲劳寿命反演方法提出了两个技术难题：(1)复杂工况下的反演问题；(2)测量点的选择问题。针对复杂工况下的反演问题：证明了参数解耦的必要性，并提出利用归一化方法对载荷的方向和大小进行解耦，结合支持向量机算法和有限元技术，对不同方向时载荷作用下的斜耳片进行了载荷反演研究和疲劳寿命估算。设计了斜耳片试验件和试验夹具，对不同载荷方向下共11组试验件进行了反演试验和疲劳试验，试验结果显示计算值与试验值符合较好。结果证明基于物理原型的结构疲劳寿命估算方法具有较强的实用性。针对测量点的选择问题：简单介绍了一般选点原则，并提出测量点标准参数化，建立标准测量点响应与结构疲劳寿命的直接关系。对多组点焊连接件进行了疲劳试验，试验结果显示计算值与试验值符合较好。结果证明了参数化测量点方法不但提高了模型的通用性，并且极大简化了反演过程，进一步证明了基于物理原型的结构疲劳寿命估算方法的实用性和可行性。