合金材料在双轴载荷下的力学性能,对于指导材料设计、研究材料屈服行为以及裂纹扩展性能等方面都起到十分重要的作用。本文针对6061铝合金材料优化设计了双轴拉伸试件的形状和尺寸,开展了双轴准静态以及疲劳载荷试验,研究了6061铝合金材料在双轴拉伸应力条件下的屈服行为和双轴疲劳载荷下裂纹的扩展性能,本文主要研究内容如下:首先,根据十字形试件的设计要求,将Demmerle提出的基于试件试验区应力标准差的数学判据应用于有限元方法中,构造出优化判据。通过有限元分析计算出试件的应力分布,结合优化算法,实现十字形试件几何参数的优化设计。并对优化后的试件开展了等比例双轴拉伸试验,验证了优化试件的适用性。其次,采用优化后的试件尺寸并开展不同加载比例的双轴拉伸试验,分析其在双轴载荷下的屈服行为,并基于试验采集的数据计算不同加载比例下双轴方向真实应力-真实应变曲线。基于Drucker公设等理论推导出双轴方向应力与等效应力以及应变与等效应变的关系,结合试验数据,分别采用Mises屈服准则和Hill48屈服准则计算不同加载比例下双轴方向的真实应力-真实应变曲线,对比试验结果分析了不同屈服准则的精度及误差原因,确定能够合理描述6061铝合金材料在不同加载路径下双轴力学性能的屈服准则。最后,采用优化后十字形试件尺寸,在试验区域预制固定长度但角度不同的预制裂纹,并开展其在等比例双向同步常幅正弦交变循环载荷条件下的疲劳裂纹扩展试验,试验研究了双轴疲劳载荷作用下,不同的预制裂纹夹角对疲劳裂纹方向以及扩展速率的影响。