叶轮作为大型机械装备压缩机中的核心部件,对其进行准确的寿命预测以及可靠性评价不仅能够提高设备的使用效率、降低成本、节约能耗,同时叶轮的疲劳寿命及可靠性研究成果能够为叶轮“主动再制造”时机选择提供支持。然而,由于叶轮制造成本较高、运行工况复杂,针对其疲劳失效研究的退化试验以及运行状态监测数据较少。因此,本文针对某大型压缩机叶轮,基于叶轮模型有限元分析与叶轮材料疲劳试验,通过将材料参数、运行参数与应力寿命模型相结合的方法,建立了叶轮的疲劳寿命预测模型及可靠性评价模型,进而获得了叶轮的疲劳寿命值和运行可靠性曲线。首先,本文针对某大型压缩机开式叶轮进行了有限元建模分析。模拟工况,通过对叶轮施加离心载荷与气动载荷,获得了正常叶轮运行的应力集中区域及其应力值；之后,在叶轮叶片顶部建立不同深度的裂纹模型并施加相同的载荷,获得了在工况下,不同深度裂纹尖端的应力值。与此同时,本文还分别对正常叶轮和含有裂纹叶轮进行模态分析,获得了两者的自振频率。然后,本文介绍了叶轮材料FV520B试件的超声波疲劳试验,并将试验所得的材料疲劳寿命根据叶轮的结构及材料特性转化为叶轮的试验疲劳寿命。之后,本文根据叶轮材料特性分析获得的材料参数与叶轮有限元分析获得的运行参数代入叶轮应力寿命模型中,获得了叶轮的疲劳寿命计算模型；将模型计算结果与叶轮的试验结果进行比较,验证了该模型的准确性。此外,本文应用材料裂纹扩展寿命计算公式计算了含有裂纹叶轮的裂纹扩展寿命,使叶轮疲劳失效过程符合高周疲劳失效的特征的结论得到了验证。最后,本文结合试验数据,运用极大似然估计方法,将叶轮疲劳寿命预测模型中的不定参数进行三参数威布尔分布拟合,获得了叶轮的疲劳寿命概率分布模型,即可靠性评价模型。通过蒙特卡洛方法对模型中的叶轮疲劳寿命值进行随机采样,即可获得叶轮疲劳寿命概率分布曲线及叶轮疲劳寿命的蒙特卡洛估计值；将该估计值与试验值比较,验证了叶轮可靠性评价模型的准确性。之后,根据叶轮疲劳寿命概率分布曲线,本文计算了在不同应力幅值下的叶轮运行可靠性曲线。通过以上研究,本文建立了一种通过模型分析与材料试验相结合的手段对叶轮进行疲劳寿命预测及可靠性评价的方法,将为大型压缩机叶轮在复杂工况下的运行、维护以及再制造决策提供支持。