随着现代科技的迅猛发展,对机械结构的性能和可靠性指标也提出了更高的要求。为满足装配需要及各种功能性需求,工程师们提出了各种具有复杂截面形状/几何不连续结构的设计方案。在复杂载荷作用下,这些几何不连续(缺口)部位往往会引入应力集中,继而诱发裂纹萌生,最终导致断裂失效。在含缺口结构强度分析中,若采用传统方法,直接根据缺口根部的应力应变状态来评估整体的疲劳寿命,预测结果往往趋于保守。因为当缺口表面部分的材料达到屈服极限时,内部未屈服的材料对表面高应力区仍起着支撑作用,进而延缓结构整体疲劳失效的进程。因此,在含缺口结构完整性评估中有必要对缺口部位的应力应变状态进行分析。此外,在含缺口结构的疲劳分析中,多轴应力应变状态对疲劳的影响也不容忽视。受不规则几何形状的影响,即使在较简单的单轴载荷作用下,缺口根部亦会呈现多轴应力应变状态。若是在复杂多轴载荷作用下,其应力应变状态将会更加复杂。近年来,随着研究的深入,临界平面法等系列理论的提出为多轴疲劳分析提供了有效的解决方案;但是同时考虑多轴载荷和缺口效应共同作用的研究较少,且此类分析模型与实际工程需求更为贴合。因此,建立一套综合考虑多轴疲劳和缺口效应的通用结构完整性评估模型具有较高的经济价值和工程意义。围绕上述需求,结合弹塑性有限元分析,本文开展了以下工作:(1)调研和梳理了现有多轴疲劳与缺口效应分析理论及寿命预测方法,熟悉了缺口件危险部位应力应变分析和寿命评估的相关理论的发展历程及应用方法,系统总结并归纳了最新相关研究进展。(2)根据缺口根部的应力分布,在临界平面法的基础上通过引入基于应力梯度的修正因子修正了缺口效应的影响,提出了一种耦合应力梯度修正的缺口件多轴疲劳寿命预测方法,并基于此给出了一套通用的综合考虑多轴应力应变状态和缺口效应的金属结构件疲劳寿命评估流程,最后运用该分析框架对某压气机盘结构进行了疲劳强度校核。(3)对能够统一宏观和微观的试验现象的Ellyin模型进行了修正,并通过耦合能量耗散以及表征缺口局部损伤累积严重程度的“场”的概念,对多轴载荷作用下缺口局部有效损伤区内的能量场进行了分析。此外,通过引入权函数来表征有效损伤区域内不同位置的能量耗散对整体疲劳损伤累积的贡献,提出了一个新的能量场强损伤参量并建立了适用于缺口件多轴疲劳寿命预测的能量场强法。(4)探讨了将适用于多轴疲劳分析的临界平面法和适用于缺口效应评估的临界距离理论耦合用于多轴载荷作用下缺口件疲劳寿命分析的可行性,并就两者耦合分析时选用临界距离理论中的点法(PM)或线法(LM)以及将临界距离视为材料常数或与疲劳寿命相关的函数的合理性进行了研究,最后确定了临界平面法和临界距离理论的最佳耦合顺序。