汽轮机是船舶动力核心部件,事关船舶运行的可靠性。船用汽轮机工作在高温高压环境下,需要依赖其高温部件提供蒸汽输送。阀箱为船用汽轮机高温部件的典型代表,其可靠性直接决定了船用汽轮机是否稳定工作,从而决定了船舶机动性能。所以对阀箱为代表的高温部件进行寿命预测具有非常重要的意义。本文对高温部件阀箱的在运行中的寿命预测方法进行研究,针对启停中的疲劳损伤以及稳定运行时的蠕变损伤,及疲劳蠕变的交互影响进行损伤预测,并进行规律研究。对裂纹萌生后的疲劳蠕变三维裂纹扩展进行了方法研究及规律讨论。论文主要工作如下:针对阀箱的启动和停机过程计算和分析了其温度场和应力场。对高温部件的过热蒸汽流场进行分析以获取内部换热系数,采用数值计算得到阀箱瞬态温度场。在获得温度场之后采用顺序耦合方法获取阀的瞬态应力场分布,并且对其可能的危险点进行局部温度和应力分析。针对阀箱启停疲劳对寿命的影响,基于Chaboche模型建立了阀箱非线性多轴度损伤预测方法,以及考虑舰船启动速率不确定性的寿命预测方法。基于非线性损伤Chaboche模型,给出了损伤耦合弹塑性本构模型,并给出其数值隐式迭代算法并将其编入到ABAQUS中的Umat子程序用以对阀箱的疲劳损伤进行数值计算。针对不同启动速度进行了疲劳损伤模拟,发现了启动顺序性对阀箱寿命的影响规律,而采用Miner线性法则则会忽略此影响。考虑到舰船汽轮机在实际使用中的灵活机动性而产生的启动速率不确定性,采用Monte Carlo法对疲劳寿命的分布特征进行模拟,并且和传统线性Miner累积模型及单工况寿命设计方法相对比,展示出传统线性累积Miner模型和单工况寿命设计法可能对随机寿命进行较高估计。针对阀箱高温环境下的疲劳和蠕变耦合损伤建立了寿命评估方法,并对舰船每次工作时间不确定性对寿命的影响进行了研究。采用疲劳-蠕变耦合的Chaboche损伤模型,给出耦合Chaboche损伤的蠕变本构模型的隐式计算方法,并将其编制到ABAQUS的Umat子程序中用于损伤演化计算,采用厚壁圆筒对其进行了验证。在此基础上对阀箱的疲劳蠕变损伤进行模拟并获取了危险点。研究发现了阀箱每次工作时间会对阀箱总寿命有影响,并考虑到舰船汽轮机工作的灵活机动性,给出了随机工作时间的疲劳蠕变随机寿命设计方法,并发现随机工作时间寿命要比单工况设计寿命低。建立了损伤到达临界点后的疲劳蠕变三维裂纹扩展方法。采用晶体塑形理论对阀箱材料的微观裂纹萌生进行了探究,显示了裂纹萌生时裂纹密度的相似性。并采用损伤理论给出了连接损伤力学和断裂力学的初始裂纹尺寸。采用疲劳蠕变断裂力学,并结合重画单元思想建立了三维裂纹扩展模拟方法,并在ABAQUS中采用基于Python的二次开发,实现三维裂纹扩展动态仿真。之后讨论了启动速率和工作时间对疲劳蠕变裂纹形状和裂纹扩展寿命的影响。