随着涡轮前入口温度的不断上升，实心的传统单辐板涡轮盘在散热、减重等方面已经难以满足高性能航空发动机的要求。双辐板涡轮盘具有内部空心盘腔，通过增加换热面积加强了对流换热，降低了温度应力，同时达到了减重的目的，是未来航空发动机的发展趋势。由于涉及流体、传热、结构、振动等多个学科分析，双辐板涡轮盘的设计过程是一个典型的多学科耦合设计过程；同时，由于材料、工况等不确定性因素，双辐板涡轮盘在设计时还必须考虑可靠性问题。目前，可靠性分析多基于概率模型，但是，双辐板涡轮盘作为新型结构，不确定变量统计信息采集十分困难，因此需要研究非概率的可靠性分析方法。本文针对双辐板涡轮盘以及提出的带有导流肋板的新型双辐板涡轮盘结构开展了多学科设计优化和非概率可靠性分析的研究，主要内容包括：
　　(1)基于典型双辐板涡轮盘，提出带有导流肋板的新型双辐板涡轮盘结构，并进行了包括对流换热、结构强度、寿命等各个单学科的分析。主要内容包括：结合涡轮盘的对流换热试验结果，对数值分析模型进行校正，得到了轮盘表面的温度场分布；建立结构分析模型，研究多个学科间解耦数据的交换方法，使用反距离加权平均方法对温度场到结构场的数据进行一致性变换，最终获得了涡轮盘的结构强度数值计算结果；使用Morrow均匀应力修正的Mason-Coffin寿命估算公式，建立寿命分析模型对双辐板和单辐板涡轮盘的低周循环寿命进行预测。
　　(2)针对非概率模型，提出了一种基于证据理论的模糊集不确定性建模技术，完成了对双辐板涡轮盘的不确定性建模过程。主要内容包括：研究已有模糊集和证据理论等非概率模型，结合二者的思想和方法，提出基于证据理论的模糊集方法，相比其他方法，这种方法对功能函数响应使用了模糊集的表达方法，并且可以同时描述证据理论的Bayesian数据结构和General数据结构，应用范围广泛；结合算例，给出了这种方法的各可信度分配函数的算法以及不确定变量的非概率不确定性区间转化为概率区间的方法，比较了证据理论中各种数据结构在描述不确定性上的异同，证明了其在描述非概率不确定性上的可行性；最后，使用这种方法对非概率模型的双辐板涡轮盘进行了不确定建模。
　　(3)提出了结合证据理论、模糊集的非概率可靠性分析方法，得到了双辐板涡轮盘的非概率可靠性分析结果。具体内容包括：结合MonteCarlo法和一次二阶矩法，建立了基于证据理论的模糊集可靠性分析方法；针对悬臂梁算例，分别使用概率模型以及非概率模型计算可靠性，比较了其可靠性分析方面的异同，证明了基于证据理论的模糊集可靠性分析方法的可行性；最后使用该方法对双辐板涡轮盘结构进行了非概率可靠性分析，得到了其在不同置信水平下的可靠度，最后，进一步研究了响应模糊集的隶属度函数参数的影响规律。
　　(4)针对复杂双辐板涡轮盘的多学科分析过程，提出了一种改进的自适应Kriging代理模型方法，在保持精度的同时，大大提高了双辐板涡轮盘的分析设计效率。具体内容包括：研究各类代理模型，提出改进的四边形网格抽样法(ModifiedQuadrangularGrid， MQG)，提高了抽样效率和抽样稳定性；提出基于样本点距离的区域覆盖质量(Distance-Based Space-filling property，DBSFP)评价准则，更加准确地评价抽样点质量以及抽样方法的优劣；使用典型遗传优化算法，改进了已有的Kriging代理模型初始化方法；同时考虑预测值最优以及预测精度最优的因素，选用EI(Expected Improvement)的方法对设计点进行自适应更新和收敛判据定义；通过多峰优化问题和可靠性分析的算例，证明了高效高精度的优点；最后，使用这种方法建立了双辐板涡轮盘的多学科分析过程的代理模型，得到的模型精度达到使用要求。
　　(5)对比传统的单辐板涡轮盘，对典型双辐板涡轮盘以及新型的带有导流肋板的双辐板涡轮盘进行多学科可靠性设计优化分析，得到了一系列双辐板涡轮盘的优化设计结果，为其进一步的应用提供了依据。主要内容包括：研究多学科设计优化方法和多目标优化方法，对带有导流肋板的新型盘腔结构的涡轮盘以轻量化和冷却空气最大出口压力为目标的多学科多目标设计优化，得到了合理的导流肋板形状和排布的设计，进一步提高换热效率，降低工作应力水平；研究结合可靠性的多学科设计优化方法，对双辐板涡轮盘进行基于非概率可靠性的多学科可靠性优化设计，对比确定性多学科优化结果，不确定性的多学科可靠性优化设计在设计中充分考虑了可靠性要求，保证了产品的质量。