航空发动机作为现代工业皇冠上的明珠,是一个国家航空工业发展的重要标志。具备自主设计、制造航空发动机的能力可以大幅提高一个国家在国际舞台上的话语权和地位,提高军事和国防实力,带动经济社会发展,对国家的发展具有重要的战略意义和长久影响。涡轮轴是航空发动机涡轮转子系统的关键部件之一,其疲劳失效极大地制约着航空发动机的可靠性,对其准确开展疲劳寿命预测是提升航空发动机乃至整机性能的关键。涡轮轴在工作时承受轴向力、扭矩和弯矩等不同频率和幅值载荷的耦合作用,属于典型的高低周复合疲劳加载情况,在开展涡轮轴的疲劳寿命预测时应充分考虑其加载特性。随着现代航空发动机对推重比、增压比性能要求逐渐增加,涡轮轴等结构面临更严苛的服役条件,其疲劳性能面临更大的挑战,发展涡轮轴的疲劳寿命预测技术对于航空发动机的安全服役及更新换代具有重大意义。目前,国内对于涡轮轴的疲劳寿命预测已有了一定的理论与方法基础,但在考虑高低周复合疲劳加载特性、不确定性、载荷历程和几何参数变化对寿命的影响等方面仍存在诸多不足。鉴于此,本文针对某型号航空发动机涡轮轴的疲劳寿命开展了相关研究,主要研究内容及成果如下:（1）建立了考虑耦合损伤的高低周复合疲劳寿命预测模型基于传统线性和非线性累积损伤模型提出了考虑高低周疲劳耦合损伤的修正累积损伤模型,用于航空发动机材料的高低周复合疲劳寿命预测。模型通过多种航空发动机材料数据进行了验证,预测精度和预测结果的分散性均优于现有的几种累积损伤模型。将所提出的模型应用于涡轮轴的高低周复合疲劳寿命预测,建立了涡轮轴的确定性疲劳寿命预测方法。（2）开展了不确定性下涡轮轴的概率疲劳寿命预测与可靠性分析量化了涡轮轴疲劳寿命预测过程中材料参数、几何参数、载荷参数以及预测模型参数等的不确定性,开展了涡轮轴概率疲劳寿命预测,获得了涡轮轴的疲劳寿命分布。在疲劳寿命仿真数据的基础上,开展了涡轮轴的可靠性分析,建立了涡轮轴的可靠性模型并绘制其可靠度函数曲线,进一步通过灵敏度分析得到了影响涡轮轴疲劳寿命的关键因素。考虑高低周复合疲劳加载特性,利用仿真数据初步建立了涡轮轴在不同高低周应力幅值比下的P-S-N曲线。（3）提出了考虑随机载荷历程的概率疲劳寿命预测方法通过不同分布参数的应力应变响应分别量化了由自身性能和外部激励的不确定性所导致的寿命分散性,并通过蒙特卡罗方法随机抽样生成了载荷历程,预测了随机载荷历程下的概率疲劳寿命,建立了考虑随机载荷历程的概率疲劳寿命预测框架。所建立的框架通过不确定性下的全尺寸构件寿命数据和不同应力比下的材料数据进行了验证,并进一步推广至高低周复合疲劳加载情况,应用于涡轮轴的概率疲劳寿命预测。进一步地,建立了考虑载荷相互作用的涡轮轴高低周复合疲劳非线性累积损伤模型,得到了随机载荷历程下考虑载荷交互作用的涡轮轴疲劳损伤演化曲线。（4）建立了几何尺寸不确定性下涡轮轴的概率复合疲劳寿命模型利用威布尔分布表征了不同几何参数下通过数值模拟得到的涡轮轴概率高低周复合疲劳寿命,引入高应力体积法表征了涡轮轴几何参数—高应力体积—寿命分布的映射关系,通过修正威布尔分布尺度参数建立了涡轮轴概率疲劳寿命模型。对于任一几何参数下的涡轮轴,通过一次确定性仿真计算获取了其高应力体积、最大应力等模型参数,并利用所建立的概率疲劳寿命模型高效预测了其高低周复合疲劳寿命,预测结果的精度通过数值模拟仿真结果进行了验证。