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在工程实际中，零部件承受的载荷大部分为多轴载荷。国内外关于多轴疲劳的研究虽然有了一些进展，但由于多轴疲劳本身的复杂性，目前在理论和试验研究方面还很不成熟。因此，对金属在多轴载荷下的疲劳寿命预测进行系统地研究具有重大的理论意义和工程应用前景。详细分析了多轴非比例载荷对疲劳寿命的降低作用随材料延性的变化趋势和随载荷幅值的变化趋势，讨论了等效应力（应变）幅值相同的情况下，载荷路径的变化对于疲劳寿命的影响，定义了一个附加强化度，该系数在多种材料，不同加载路径以及高低周寿命阶段情况下都与多轴非比例载荷引起的疲劳寿命降低程度有较好的对应关系。用附加强化度，结合Ramberg-Osgood方程，对多轴循环等效应力应变关系中的循环强度系数进行了修正，提出了一个多轴循环应力应变关系模型，并采用45钢实验数据进行了验证，试验结果与预测结果吻合良好。基于宏观积分法，提出了一个新的多轴高周疲劳破坏准则，并对该准则的材料适用范围和平均应力的影响进行了探讨，经多种材料试验数据验证，并与以往常用准则进行比较得出，本文提出的准则预测结果较好。对多轴低周疲劳寿命预测模型进行了总结与分析，考虑附加强化效应对多轴低周疲劳寿命有很大影响，提出一个考虑附加强化效应的临界面方法，经试验数据验证，该方法对多轴疲劳寿命预测令人满意。