工程结构在服役期间通常受到多轴疲劳载荷的作用。疲劳累积损伤理论研究变幅载荷作用下疲劳损伤的累积规律,缺口件疲劳寿命预测方法研究缺口附近应力梯度对疲劳寿命的影响,它们对于工程结构的多轴疲劳寿命预测至关重要。本文按照载荷随机性,将多轴累积损伤理论研究中已有的多轴变幅载荷分为阶梯谱、块谱和随机谱。然后,按照损伤累积方式和对多轴疲劳损伤方向性的认识,将已有的多轴疲劳累积损伤理论分为四类:(a)不分方向的线性累积模型;(b)不分方向的非线性累积模型;(c)分方向的线性累积模型;(d)分方向的非线性累积模型。通过统计对比各模型的应用情况,对它们的适用范围、计算效果进行了初步分析。本文使用LY12CZ铝合金进行了一系列多轴两级阶梯谱试验。通过分析试验结果发现,载荷速率的变化与材料临界面上的多轴应力状态变化情况有关。本文提出了一种新的累积损伤模型用来描述多轴阶梯谱下的疲劳损伤累积规律。新模型的累积损伤计算结果与试验结果相比,准确率较高。本文使用LY12CZ铝合金进行了一系列多轴块谱、随机谱试验。试验结果表明,虽然载荷幅值和载荷路径的变化对损伤累积速率有影响,但是这种影响随着载荷随机性的增加而减弱。最终,Miner理论可以较好地描述多轴块谱和随机谱下的损伤累积规律。因此,对于工程结构,使用Miner理论计算多轴疲劳累积损伤是合理可行的。本文研究了薄壁圆管试件截面剪应力梯度对疲劳寿命的影响。然后,进一步通过考虑多轴疲劳损伤方向性和临界面上的应力梯度效应,对单轴缺口件疲劳研究中常用的应力场强法进行了改进。之后,本文使用LY12CZ铝合金进行了一系列多轴缺口件疲劳试验。试验结果表明,本文提出的改进模型有较好的寿命预测准确率。最后,本文结合上述多轴疲劳累积损伤理论和缺口件多轴疲劳寿命预测方法研究,给出了工程结构的多轴疲劳寿命分析流程,并依据分析流程对某型航空发动机轮盘、某型飞机起落架部件和新舟60某改型飞机机翼吊挂接头进行了疲劳寿命分析。分析结果表明,本文提出的多轴疲劳累积损伤理论和缺口件多轴疲劳寿命预测方法对实际结构的疲劳寿命预测结果均令人满意。