随着重大装备的结构和功能愈趋多样化和复杂化,对机械结构强度和可靠性提出了更高的要求。对重大装备关键结构件进行疲劳性能分析与断裂失效预测能够有效节省大量经济成本,降低损伤事故的风险。然而,受加工、运输和工作磨损等过程的影响,机械结构不可避免存在裂纹或类缺陷,继而引发裂纹萌生与扩展。裂纹导致结构强度降低甚至断裂成为失效的主要原因,使得疲劳裂纹扩展分析在疲劳设计及定寿分析中至关重要。在循环载荷作用下,裂纹自部件缺陷处萌生与扩展的过程具有随机性,包含裂纹位置、初始裂纹长度、裂纹扩展速率及施加载荷等众多不确定性因素。因此,从统计和概率分析的角度综合考虑不确定性因素,对零部件疲劳裂纹扩展寿命预测十分必要。针对此,本论文开展如下工作:（1）随机疲劳裂纹扩展失效概率预测。为综合考虑含裂纹结构失效的不确定性,基于疲劳实验数据采用统计概率方法分析裂纹扩展分散性。结合初始裂纹长度与裂纹扩展速率的随机性,提出一种新的预测裂纹超越概率的模型,为结构裂纹扩展失效概率预测提供方法。（2）表面裂纹融合失效概率预测。多裂纹扩展过程中,裂纹融合现象普遍存在。考虑实际工程意义,将裂纹扩展随机性引入裂纹融合概率模型,进行裂纹失效概率计算。受尺寸效应影响,不同尺寸试件往往具有不同的失效寿命。基于高应力体积法提出了一种结合尺寸效应和裂纹融合失效概率的疲劳寿命预测模型。（3）含缺陷结构剩余寿命预测与可靠性分析。考虑Paris定律中参数分布对单条裂纹扩展结构剩余寿命的影响,量化参数随机性对剩余寿命的统计分布情况及对可靠度的影响;对受损表面面积与初始裂纹长度的不确定性与多表面裂纹结构可靠度的关系展开分析。