缺口结构疲劳强度分析、疲劳寿命预测及可靠性评估是确保重大装备结构完整性和实施抗疲劳设计的瓶颈所在。由几何不连续导致的局部非均匀应力场是诱发裂纹萌生的关键区域,同时产生的应力集中现象加速裂纹的扩展。由于尺寸效应的存在,缺口结构局部损伤区域内的微观组织、材料成分、缺陷分布、应力梯度等因素决定了结构的疲劳损伤严重程度。此外,在非对称循环加载下,由平均应力产生的棘轮效应对结构应力集中区域的损伤无法逆转,如何针对随机因素影响的非对称循环加载下由结构几何不连续性和尺寸变化引起的平均应力效应、缺口效应、尺寸效应等装备设计制造过程中不可避免的基础难题,系统融合结构服役环境特征,发展结构完整性理论与可靠性设计方法,是保障装备关键结构安全可靠运行的核心所在。针对目前在缺口结构概率疲劳寿命预测及可靠性评估研究方面的不足,本文开展了以下工作:（1）鉴于应变能理论在描述疲劳损伤方面的优越性,耦合描述缺口效应的理论应力集中系数Kt,提出了一种缺口结构疲劳寿命预测方法,并以此在考虑随机不确定性的影响下建立了缺口结构概率疲劳寿命评估框架。最后,运用该框架对考虑材料和载荷双重不确定性的航空发动机压气机轮盘进行概率疲劳寿命预测及可靠性评估。（2）耦合应变能概念与最弱链理论,提出了一种考虑尺寸效应、缺口效应的结构概率疲劳寿命预测方法,实现了由小子样光滑标准件的疲劳试验数据外推预测缺口结构件疲劳寿命的目的。通过定义新的有效应变能密度损伤参量搭建了光滑试样疲劳寿命数据与缺口结构件局部应变能密度分布的桥梁,并结合Weibull分布建立了新的概率疲劳寿命评估框架。（3）综合考虑随机因素影响的非对称循环加载下由结构几何不连续和尺寸变化引起的平均应力效应、缺口效应、尺寸效应的复合工程问题,建立了新的疲劳寿命预测模型及可靠性评估流程。基于应变能梯度定义了临界损伤区域,通过耦合总应变能密度、权函数和应变能梯度定义了新的等效应变能密度概念,并建立了不同应力比下考虑尺寸效应的缺口结构疲劳可靠性评估流程。