课题来源于“十二五”国家科技支撑项目“基于全寿命过程失效模式的承压设备设计制造方法”，研究不同应力状态下材料的塑性变形能力一直都是一项重要内容，本文即围绕着不同应力状态下材料在全寿命过程中的力学行为问题展开了一系列研究。虽然拉伸、扭转组合加载方式是构建复杂应力状态的有效方法，但是在塑性大变形中，满足简单加载定理的基本条件是拉伸扭转应力等比例施加，这就给实验设备的加载及控制带来了难题，成为长期以来复杂应力状态实验的瓶颈。经过与仟邦公司合作，本文构建了新型拉扭组合试验平台，通过拉扭应力的比例推导出两向载荷的控制参数，以及试验机软件的程序控制，在实验技术上满足了试件拉扭等比例加载的要求；同时兼顾塑性理论上的合理性及试样加工的可操作性，探索出实心圆轴试件在全寿命过程中等效真应力应变的处理方法，相对于传统的空心圆轴拉扭组合试验，有效解决了薄壁试样难以加工及在试验中失稳的难题。在新型拉扭试验平台的基础上，进行了两大类特种设备常用材料304奥氏体不锈钢与16MnR碳钢的28根试样的实验研究与理论分析，通过两种不同应力状态的表征方法，分别从数学模型与几何图解两方面给出了不同应力状态对两种材料的塑性极限应力应变的影响。不仅建立了应力状态表征参数（拉扭比例参数C与三轴应力度TS）与材料塑性极限应力应变的数学模型，还在材料等向强化模型假设的条件下，给出了上述关系在主应力空间的几何图示法，为在役设备的寿命评估提供了基础的实验依据。结果表明：（1）两种材料的在极限应变方面，发现三轴应力度TS（以及拉扭比例参数C）与极限应变呈反比例函数关系；（2）两种材料在极限应力方面，发现了极限应力驻点。当拉扭比例参数C（σ/τ）满足0<C<1时，等效应力水平随着比例参数C的增大而减小；当1<C<∞时，等效应力水平随着C的增而增大；在拉扭比例参数C为1（σ/τ=1），即三轴应力度TS为0.167时，极限应力取最小值，此点被定义为应力驻点。（3）不同应力状态对两种材料的塑性极限应力应变的影响可以从数学模型与几何图解两方面进行分析。在工程应用中，当在工程结构中某点的应力状态一定，其三轴应力度TS值确定，不仅可以通过数学模型定量估算出此点的极限应力应变，还在基于等效强化模型假设的主应力空间中表示出来，为在役设备的寿命评估提供了基础的实验依据。本文最后针对304不锈钢与16MnR为代表的不锈钢与碳钢两类材料在屈强比、塑性范围、不同应力状态下极限应力与极限应变方面进行综合评价，发现奥氏体不锈钢具有优良的塑性变形能力、稳定的极限应变水平、较高的极限承载能力，在承压设备应变强化设计方法中前景广阔。