随机载荷引起的疲劳失效在军事装备中广泛存在,研究结构在随机载荷作用下的疲劳寿命及可靠性问题对装备寿命计算及可靠性分析具有重要意义。传统上,往往基于高斯假设计算结构在随机载荷作用下的疲劳损伤。随着研究的深入,大量调研结果表明很多装备在服役环境下经受的随机载荷具有明显的非高斯特性。基于高斯假设来处理非高斯随机载荷疲劳问题会导致很大的计算误差,并且与装备服役环境不符。针对装备在非高斯随机载荷作用下疲劳寿命计算及可靠性分析需求,本论文对非高斯随机载荷统计分析、非高斯激励响应计算、非高斯随机载荷疲劳寿命计算与可靠性分析等关键问题进行研究,建立了非高斯随机载荷疲劳寿命计算与可靠性分析的方法体系和相应的加速试验方案,为装备在非高斯随机载荷作用下的疲劳寿命预计及可靠性评估提供关键技术支撑,主要研究内容和结论如下:1.建立了对称和偏斜非高斯概率密度函数模型。基于高斯混合模型,利用高斯随机过程各阶矩之间的定量关系和非高斯随机载荷高阶矩估计结果,建立了对称和偏斜分布的非高斯概率密度函数解析表达式,解决了非高斯随机载荷幅值概率密度函数难以表示的问题,为非高斯随机载荷疲劳寿命计算、可靠性分析和随机振动加速试验技术研究奠定了基础。2.研究了结构在非高斯激励下的应力响应计算方法。首先根据信号的时域特征,将非高斯随机激励分为两类。然后以悬臂梁为对象,分析了影响结构应力响应非高斯特性的因素。最后,基于悬臂梁结构的分析结果,提出了非高斯激励下结构应力响应计算的通用方法和流程,为非高斯随机载荷疲劳寿命计算提供支撑。3.分别提出了窄带和宽带非高斯随机载荷疲劳寿命计算方法。对于窄带非高斯随机载荷,首先分析了以峭度为基础的非线性变换模型存在的问题;然后,提出了计算窄带非高斯随机载荷疲劳损伤的b-阶矩法。对于宽带非高斯随机载荷,首先将高斯混合模型理论从时域引入到频域,建立了概率功率谱(PPSD)的概念;然后,将概率功率谱与Dirlik公式相结合,提出计算宽带非高斯雨流幅值分布的GMM-Dirlik法,并进一步给出了相应的疲劳损伤计算方法。4.提出了随机载荷作用下结构疲劳可靠性分析方法。首先将随机载荷疲劳损伤不确定性的影响因素分为外因(外载荷的随机性)和内因(结构疲劳特性的随机性)。外因方面,对于高周疲劳问题,证明了给定时间内随机载荷雨流次数的随机性可以忽略不计;由雨流幅值分布引起的疲劳损伤不确定性可以用正态分布函数进行表示,即建立了外因不确定性的描述模型。内因方面,分析了以P-S-N曲线描述结构随机疲劳特性的理论基础,并提出了基于随机载荷疲劳数据的P-S-N曲线估计方法。综合外因和内因的不确定性,提出了随机载荷疲劳可靠性分析方法。5.研究了非高斯随机振动加速试验理论与方法。首先,分析了随机振动加速试验激励量级与应力响应量级的关系,进一步确定了加速因子与随机振动激励量级的对应关系。然后,给出了基于失效机理的非高斯随机振动加速试验方案。最后,基于Weibull分布给出了加速试验数据的统计分析方法,建立了基于加速试验结果评估产品疲劳可靠度的数学模型。综上所述,本论文系统研究了非高斯随机载荷疲劳寿命计算及可靠性分析的相关理论,解决了非高斯随机载荷疲劳寿命计算及可靠性评估等关键技术问题。本论文的研究成果,对于解决装备寿命预计、可靠性分析与评估等问题具有重要的理论意义和工程价值。