近年来,科技的进步正带动着现代机械设备向大型化、精密化、复杂化、连续化、高速化的方向发展,而工作环境越来越复杂的机械零件和工程构件,也同样受到长期、持续的交变载荷的作用。交变载荷容易造成机械设备的疲劳问题,疲劳破坏是在工程中造成构件失效最重要的原因之一。因此,无论是工程实际还是在理论研究上,疲劳学都是研究的热点问题。早在19世纪,疲劳问题开始进入世界各地学者们研究的领域,且在很长一段时间内,取得了很多丰硕的成果。虽然如此,寿命预测依然面临诸多问题。如果用一种确定性的方法去预测,所得的疲劳寿命都是一个确定的值,但结构的疲劳是一种非常复杂的现象,它受到诸多不确定因素的影响。现有的预测理论主要分为基于力学的寿命预测和基于概率统计的寿命预测理论,这些理论是基于构件的应力幅值和平均应力值等静态特征值进行估算,忽略了系统的动态变化,造成估算误差,而状态监测能够得到系统的动态参数。基于以上考虑,将传统的疲劳理论和系统动态状态监测这种信息技术联系起来进行机械设备的寿命预测是非常必要的。本文首先通过求解一个单自由度振动系统在简谐激励作用下的响应来引入振动能量,阐述振动能量的基本概念和意义,以及在寿命预测中的可行性分析,结合疲劳理论,推导出基于振动能量的疲劳寿命公式,最后使用健康度的概念,对机械设备的剩余寿命进行预测。本文的主要内容如下所示：1.对一单自由度系统进行在简谐激励作用下的振动分析,从中得到单频率的振动功率和振动能量,判断两个特征量是否能全面的反应系统信息,并揭示振动能量与疲劳寿命的关系。最后根据传统的谱估计方法,得到振动能量谱的表达式。2.对振动能量谱在状态监测和故障诊断中的作用进行分析研究,利用振动能量谱能够全面反应系统信息的优势,并结合全矢谱进行双通道的信息融合,得到全矢振动能量谱,对转子系统进行故障诊断,能有效的解决转子故障诊断中的误诊和漏诊状况,更加准确有效的识别转子故障。3.分别通过理论和实例证明疲劳寿命在外部激励不变的情况下与振动能量的近似线性关系,并探讨疲劳寿命与激振频率和应力之间的关系,说明振动能量能够全面反应系统信息,可用于疲劳寿命预测。4.结合疲劳寿命预测中的线性累计损伤理论,利用时间历程下的瞬时振动能量的改变和振动能量的累计,推导疲劳寿命预测公式,并画出振动能量一时间的疲劳寿命曲线,通过仿真分析验证。5.结合疲劳寿命中健康度的概念,提出能量健康度概念。通过同等激励下瞬时能量得到健康度指数,并求出剩余振动能量,再根据振动能量一时间曲线,得到系统的剩余寿命。