许多工程结构件都在复杂多轴循环载荷下工作,由于多轴加载下材料疲劳特性和载荷工况的复杂性,人们对多轴疲劳的机制还缺乏深入的认识,因此对其进行研究具有重要的理论和实际意义。本文通过Q235钢圆筒试样为研究对象,采用试验与理论相结合的方法,进行了多种恒应变幅控制下的单轴、多轴低周疲劳试验,和一系列两级变应变幅和两级变路径下的单轴和多轴相结合的低周疲劳累积试验。在已有疲劳理论基础上,对多轴低周疲劳理论作进一步研究,试图丰富和完善低周疲劳理论。根据Q235钢拉扭试验所得数据对现有常用的多轴低周疲劳寿命预测模型进行检验,发现这些模型存在明显不足。通过深入分析加载路径临界面应变参量和疲劳寿命之间的关系,提出了一个新的物理意义明确且方便应用的多轴低周疲劳寿命预测临界面模型。经试验证实,本文在临界面法向应变项中引入拉伸影响因子的模型给出的寿命估算结果基本在2倍因子范围区内。同时,根据所得疲劳累积试验数据的分析,发现现有典型的低周疲劳累积损伤模型对多轴非比例路径加载的疲劳寿命估计是偏于危险的,而本文提出考虑路径和加载次序的累积损伤模型,对分级多轴循环的寿命估算与试验更接近,证实了本文提出的非线性疲劳累积损伤模型的合理性。