在这个快速发展的时代，社会的方方面面都离不开机械设备的支撑，比如船舶、飞机和汽车等现代化的交通工具无不深刻地影响着这个社会和人们的日常生活。这些现代化设备中的一些关键性部件的疲劳寿命预测和可靠性设计问题一直都是机械工程领域的专家和学者所关注的重点。如何最大限度地保证疲劳寿命预测模型的准确性，如何提高机械机构的可靠性设计，对这些问题的研究从来就没有中断过。
1 疲劳寿命预测分析与可靠性设计方法的研究现状
机械结构的疲劳寿命预测与可靠性设计是现代设计方法的一个具体的运用，而现代设计方法则一共包括三个方面的内容：可靠性设计、最优化技术、有限元分析。其具体包括计算机辅助设计计算机辅助设计（Computer Aided Design）、优化设计（Optimal Design）、可靠性设计（Reliability Design）、有限元法（Finite Method）、工业艺术造型设计及反求工程设计（Reverse Engineering）。通常，机械设备上的机械构件失效的原因都是机械结构的疲劳损伤。在高速度发展的现代社会，机械设备的应用范围呈现出了大型化、高速度和高温度的趋势，这也对机械构件的耐受性提出了更大的挑战，需要机械设备上的构件能够承受更加严苛的环境。同时，伴随着现代的科学技术手段的不断进步，在机械结构的疲劳寿命的预测分析以及可靠性设计方面的工作也取得了巨大的进步，同时这也是工程应用学科中的一个极为重要的研究课题。
1.1 疲劳寿命预测分析工作的发展现状
就目前来说，曾有大量学者围绕着机械结构的疲劳损伤寿命问题进行研究，研究的内容涵盖了工程机械、铁路交通、以及各种交通工具等。主要有两个研究方法：一是利用计算机软件构建虚拟模型进行分析，二是进行物理样机疲劳寿命试验。总的来说，两种预测分析方法都各有利弊。利用计算机软件构建虚拟模型进行分析的方法优点是节省了人力物力，运用虚拟现实技术模拟真实世界中的事物，融合了计算机图形学及人工智能等学科，为人们构建其逼真的三维空间环境，但是在真实性方面稍有欠缺；使用物理样机疲劳寿命试验来进行机械构件的寿命分析，其优点是具有较强的真实性和可行性，但是这中间会消耗大量的财力、物力和人力。如何利用这两种方法所得到的数据结果构建起相对完善的分析模型是当前众多的专家和学者研究的热点问题。就目前来说，亟待解决的问题是如何通过对仿真分析数据和分析模型计算所得的数据进行比较，进而确定所构建起来的疲劳寿命预测分析模型的科学性。
1.2 机械结构的可靠性设计研究现状
对机械结构的可靠性设计的研究工作始于20世纪20年代，而这一技术在结构工程设计领域中的运用则始于上世纪40年代。并且一直以来，这一问题始终都是工程学界普遍重视和关注的问题。直到1961年，Hiltonand Feigen最早提出了基于可靠性的重量最小的优化算法，开创了可靠性优化设计研究的先河。从这以后，国内外众多的专家学者在这一领域内做了大量的工作，同时也进行了大量的实践性活动。众多的实践案例证明：设计直接的决定着机械结构的可靠性，而设计则是由管理、安装和制造等一系列工作来保证的。
2 疲劳寿命预测分析与可靠性设计方法研究的发展趋势
2.1 疲劳损伤寿命预测分析研究的发展趋势
在生活节奏日益加快的今天，人们对于速度似乎有了更高的要求，相应的我国运输业也在飞速的发展之中。就目前来说，影响飞机结构铝合金结构的疲劳损伤寿命长短的因素有很多，总的来说主要包括三个方面的因素：材料、力学和环境。就目前来说，对飞机的疲劳损伤强度的测算方法主要是加拿大和美国正在发展和使用的用作整体结构中的评估方法和全寿命评估方法。这两种评估方法主要结合飞机上铝合金构件的疲劳损伤演化过程，将构件上腐蚀损伤处的微裂纹和裂纹成核纳入构件损伤寿命的测算公式中，从而在一阶段和二阶段的基础上衍生发展出了不同阶段的预测模型。
20世纪70年代末，我国结合飞机上铝合金构件的损伤破坏特点也进行了一定的研究，相关的学者对飞机上的构件进行了疲劳和腐蚀相互交替作用下的损伤寿命试验，同时研究了一些飞机构件的日历寿命；还有学者对已经退役的飞机上的铝合金材料的构件进行了疲劳损伤试验，得出了飞机构件的细节疲劳额定值会随着飞机服役时间的延长而有所下降这一结论，并从力学的角度对飞机构件中剩余疲劳寿命进行了研究和分析。近几年新出现的液压系统故障预测与健康管理新理论和新概念，论述了液压系统故障机理分析、鲁棒故障特征提取、智能故障诊断算法、故障预测模型、故障维修保障决策和健康管理理论与方法。
对飞机结构构件的疲劳损伤寿命的研究，西方发达国家起步较早，并且相关的理论也相对的比较成熟。我国目前对于机械结构的疲劳损伤寿命的分析手段主要还集中于物理样机的层面，虽然在近些年来也逐渐的运用了计算机虚拟技术手段来对机械结构的寿命进行预测分析，但是这些工作都是针对已有的损伤模型来进行的，所以计算机虚拟技术在机械结构损伤寿命预测工作的应用仍然存在着比较大的局限性。
所以，接下来需要相关领域的学者在已有的损伤模型的基础上进行研究，并开发出独立的关于机械结构疲劳损伤寿命的计算程序，然后使用软件系统对这些计算程序进行封装。这是机械机构疲劳损伤寿命预测分析工作的必然发展趋势。
2.2 可靠性设计方法研究的发展趋势
伴随着计算机技术的进步和普及，在机械结构的可靠性设计工作当中也注入了新鲜血液，从而也出现了一些新的研究技术成果。特别是计算机中的CAD技术的发展和运用，对可靠性设计工作产生了巨大的推动性作用。就目前来说，我们普遍使用的可靠性设计方法有两种类型：其一是以工程模型为基础，并结合上优化技术手段而产生的一种可靠性设计方法，内容具体包括随机模型法、变差传递法、灵敏度法、容差多面体法等；其二是以经验设计为基础而形成的一种传统形式的可靠性设计方法，其内容主要包括广义模型法、响应面法和田口方法等。其中，灵敏度分析法主要是用来估算出约束变差或是设计变量变差对机械结构的质量指标所产生的影响的大小；极小化灵敏度分析法主要是通过在机械结构的设计过程中选择合适的设计变量，从而将设备的质量对于那些不确定因素的依赖性降到最低，从而保证机械结构的稳定性。
通常，工程模型的稳健性主要分为两种形式：其一是可行稳健性，其二是敏感稳健性。通过构建数学模型的方式来对设计工作中的问题进行一个定量化的表达，同时应该注意到所谓的可靠性设计的核心其实是一个对设计的不断优化的过程。所以，在构建的数学模型当中，最为核心的是相关的一些技术参数和变量的变化会对约束条件和目标函数造成相应的影响，而所谓的可靠性设计就是要想办法竭力去避免或减小这种关联性的影响。
目前，机械结构的可靠性设计方法研究工作正朝着利用计算机设备构建起相对完善的数学模型，实现在可靠性设计工作中的使用智能算法的手段，这也是未来一段时间内可靠性设计的总体发展趋势。
3 机械结构的疲劳寿命预测与可靠性方法研究工作的展望
最近几年，机械结构的疲劳研究方面的工作取得了巨大的进展，但同时也出现了一些新的技术性问题亟待解决。特别是伴随着神经网络、遗传算法和混洩力学等一些新兴学科的快速发展，机械结构的疲劳研究和这些新兴的学科之间的相互融合为解决疲劳学科里面出现的这些新的技术难题提供了思路。并且，相关的学者已经尝试着从不同的角度出发，使用一些新型的技术手段方法试图去解决在疲劳学科里面出现的一些新的技术性难题，比如在复杂载荷条件下的对疲劳寿命可靠性计算问题。其中会涉及非概率建模、随机有限元法、基于神经网络和遗传算法的方法、区间估计及其分析计算方法、基于模糊理论的结构可靠性分析法、信息理论法等。随着一些新兴学科的不断出现和发展和疲劳学科自身的发展，学科之间相互进行融合来解决一些技术性难题已经成为了一种趋势。并且，今后还将围绕着对机械结构在多失效模式、不确定性条件和复杂载荷条件下的机械机构的疲劳寿命预测分析和可靠性设计评估问题展开一系列的研究工作。
4 结语
伴随着技术的发展和进步，在机械结构疲劳学科中也出现了一些新的技术难题需要解决，而解决这些问题需要多个学科之间进行相互的融合，借鉴其他学科中的技术手段和分析问题的方法和角度，并且这种多学科之间的融合已经成了一种趋势和潮流。
参考文献
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（作者系中国人民解放军94829部队工程师）
