现代工业产品结构日益复杂、工作环境日趋极端,这对产品性能提出了更高的要求。但在实际中,产品性能往往对不确定性较为敏感,故障概率因不确定性的存在而显著增大,甚至导致产品无法实现既定功能。可见,在初始设计阶段考虑不确定性影响,进行可靠性设计优化（Reliability-based Design Optimization,RBDO）对于科学地提升产品的安全性、耐久性等服役性能,减少产品运营和维护成本具有重要意义。然而当前RBDO技术尚未成熟,在高效可靠性分析、嵌套优化效率提升、时变RBDO求解等方面还存在一系列关键问题需要深入探索。为此,本文围绕RBDO展开系统研究,针对上述问题做出一些尝试和探索,力求为RBDO的理论发展和实际应用提供有效推力。本文一方面从解析角度出发,研究RBDO的高效可靠性分析算法和等效单循环优化策略。另一方面,从近似模型的角度出发,分别研究RBDO和时变RBDO的自适应建模方法。基于上述思路,本文开展和完成了如下研究工作:（1）建立了RBDO解耦和单环策略的统一模型,提出了混合多源最小功能目标点（Minimum Performance Target Point,MPTP）的单循环RBDO方法。根据现有的序列优化及可靠度评估法（Sequential Optimization and Reliability Assessment,SORA）、单循环法难以平衡优化精度和效率的缺点,提出了MPTP点的有效性判断准则,从而选择对每一步优化最合适的近似MPTP点或真实MPTP点。此外,提出了基于迭代控制策略的逆可靠性分析方法,用于求解真实MPTP点。最后,通过数值算例和工程案例验证了所提出的逆可靠性分析方法和RBDO方法的精确性和高效性。（2）提出了迭代可靠度设计空间概念,构造了相应的单循环RBDO方法。首先,引入了可靠度设计空间,分析了其优劣性和适用面。然后,提出了基于迭代可靠度设计空间的RBDO方法,发展了增强偏移向量策略来保证等效概率约束的准确性。所提出的方法既避免了可靠度设计空间法的缺点,也拓宽了应用场景。最后,通过数值算例和工程案例验证了所提出的RBDO方法的计算效率和精度。（3）提出了动态失效追踪采样建模框架,发展了基于自适应近似模型的可靠性分析方法和RBDO方法。首先,针对单个计算昂贵的极限状态函数,建立了面向可靠性分析的动态失效追踪采样框架,合理规划样本点的位置。然后,将该采样框架扩展至多约束RBDO问题,并提出共同学习策略。最后,通过数值算例和工程案例验证了所提出的可靠性分析方法和RBDO方法的实用性。（4）推演了面向时变概率约束的克里金模型误分概率,提出了基于失效概率预测误差的时变可靠性分析和时变RBDO方法。针对时变极限状态函数,通过实时估计失效概率的预测误差区间,发展了以随机变量、随机过程和时间变量为整体输入的直接克里金建模方法。然后,基于误分概率提出了面向时变RBDO的约束边界全局建模策略和局部建模策略,并分析了二者的优缺点。最后,通过数值算例和工程案例验证了所提出的时变可靠性分析方法和时变RBDO方法的有效性。最后,总结了本文的主要工作,展望了下一步的研究方向。