工程实际中的零部件出于安装或者功能的需要，往往要在某些部位去除部分材料，该区域就会形成缺口。当零部件承受载荷时，该缺口部位通常呈现复杂的三维应力状态，并很容易产生裂纹损伤造成断裂等失效破坏，其疲劳寿命会大大低于光滑部位。因此如何得到复杂缺口部位的应力应变关系，确定裂纹最先萌生的位置是疲劳寿命设计中的重要的课题。本文结合理论与试验，以TC21钛合金材料为研究对象，设计了光滑薄壁管试件和薄壁管半通孔试件，并分别进行了多轴疲劳试验；分析了TC21钛合金薄壁管试件的循环软化硬化特性，研究了TC21钛合金材料的多轴疲劳特性；利用剪切型损伤模型和Fatemi-Socie法计算了光滑试件的疲劳寿命；结合弹塑性有限元方法，计算缺口试件缺口部位的应力应变响应，找到了一种确定该类型缺口部位危险点的方法，进而进行了缺口试件的疲劳寿命预测。论文的主要研究内容有以下几个方面：首先，论文对TC21钛合金薄壁管光滑试件进行了单轴、多轴疲劳试验，分析了薄壁管光滑试件在单轴、多轴载荷加载下的应力变化行为。研究发现TC21钛合金薄壁管试件在单轴拉压和纯扭载荷加载时均表现出循环软化，并且控制等效应变幅越大，软化现象越明显。在多轴比例和非比例载荷加载下，拉伸和扭转方向上整体均表现出了循环软化，软化程度和控制等效应变幅相关。在变幅和块载荷加载时，扭转方向一直表现为软化特性，而拉伸方向有不同反应，在非比例变幅载荷下存在明显的附加强化现象。在块载荷下，比例载荷和非比例载荷的不同顺序造成不同的影响，先非比例后比例载荷加载时，材料在循环寿命前期表现为软化，后期表现为硬化。先比例载荷后非比例载荷加载时，在单轴和45°非比例载荷下表现为硬化，在90°非比例载荷下表现为软化。其次，使用von Mises等效应变法、最大剪应变法、剪切型损伤模型和Fatemi-Socie法分别对薄壁管光滑试件进行了寿命预测，结果显示von Mises等效应变法和最大剪应变法的寿命预测结果均明显偏大，超出了两倍因子范围。剪切型损伤模型和Fatemi-Socie法的寿命预测结果比较好，寿命预测结果均位于两倍因子范围之内。因此选择剪切型损伤模型和Fatemi-Socie法用于缺口试件的寿命预测。再次，对于薄壁管缺口试件利用弹塑性有限元方法分析了缺口试件缺口根部的应力应变响应。并且针对比例载荷和非比例载荷下分别提取了缺口部位内外两个平面上1/2圆周上的节点进行了损伤计算，发现缺口部位损伤最大的点位于缺口内表面上。并且该点von Mises等效应力和等效应变均大于该圆周上的其它点，可以利用此结论来确定缺口部位的危险点。最后，本文使用剪切型损伤模型和Fatemi-Socie法对于薄壁管缺口试件进行了寿命预测，结果显示剪切型损伤模型预测效果相对较好，Fatemi-Socie法预测的寿命偏保守。