随着装备及其服役环境的复杂化,机械构件的寿命评估更趋复杂,如结构产生多裂纹并导致的失效,以及载荷的不确定性等。为了保障机械结构部件的安全服役,需要用概率疲劳方法分析不允许出现裂纹的结构寿命、以及用概率断裂力学方法分析允许出现裂纹的结构寿命,且需建立复杂结构部件的可靠性模型。为此,研究了以下内容:在材料疲劳性能测试方面,提出了可以节省试样、节省时间的疲劳试验方法。根据样本集聚原理,结合数值逼近,用减缩区间式的搜获方法获得了较高精度的小样本概率疲劳寿命曲线,并与成组法进行了对比和验证。提出了一种不受“应力水平配对”和“单一应力级差”约束的概率疲劳极限测试的新方法。对于材料性能具有较大分散性的试样(测试应力级数超过4级),新的概率疲劳极限测试方法有节省试样、提高试验效率的优点。对于不允许出现裂纹的结构部件,概率疲劳寿命曲线是其疲劳寿命评估的基础。基于材料的概率疲劳寿命曲线,用系统可靠性分析方法建立了确定性载荷下的多部位损伤结构疲劳可靠度模型和随机载荷下的多部位损伤结构疲劳可靠度模型,并与传统模型进行了对比。损伤容限认为,金属结构部件有初始缺陷,随着载荷作用次数的增加,初始缺陷会不断长大,然后产生裂纹,裂纹不断扩展会导致机械部件疲劳断裂。对于复杂的机械结构部件,其初始缺陷的形状、大小、数量都是不确定的。这些缺陷形成裂纹的初始分布位置广、不易被检出。同一个结构中存在的多个裂纹会降低结构的剩余强度,甚至造成灾难性的后果。为此,建立了确定性载荷下结构部件产生多裂纹的概率模型、以及随机载荷下结构部件产生多裂纹的概率模型。在随机载荷方面,从宏观和微观两个方面描述了载荷历程,提出了载荷水平、载荷频度均未知时,根据监测裂纹扩展确定等效载荷的方法。模型结果与实验结果进行了对比,并分析了易损伤部位的个数和载荷历程对结构部件产生多裂纹的影响。含孔板是工程中一种常见的机械结构。以含孔板为对象,从单孔板到两孔板,用有限元方法分析了共线多裂纹的相互影响规律,根据叠加原理获得了多孔板共线多裂纹应力强度因子的一般表达式。算例显示,此式对孔边对称裂纹和非对称裂纹均有效,应用方便。最后,对于允许出现裂纹的结构,研究了共线多裂纹结构的概率损伤容限,并对含孔板结构进行了概率损伤容限评估。在当量初始裂纹尺寸方面,用区间线性插值方法改进了当量初始裂纹尺寸模型。新模型不受载荷历程的影响,且能适用于含复杂形状裂纹结构的当量初始裂纹尺寸的确定。在失效准则方面,基于塑性区联通失效准则、净截面失效准则、以及断裂韧性失效准则,提出了竞争失效判据。整个概率损伤容限分析过程不仅有较完备的可靠性分析,且能应用于恒幅载荷下和变幅载荷下共线多裂纹结构的概率损伤容限评估。