铸造起重机工作级别高,工作环境恶劣。在服役过程中,大车的起吊、运行、启动、制动、啃轨等工况产生的冲击载荷以及高温高粉尘环境对其金属结构疲劳性能带来很大影响,这些影响将造成起重机金属结构力学性能退化,并且这些退化过程具有随机特征。针对铸造起重机金属结构性能退化引起的故障,目前冶金厂大多采用日常巡检、定期维修等简单的维修策略。这些维修策略并没有考虑金属结构性能退化特性,而且频繁巡检、定期更换的维修方式造成了停产损失和维修资源浪费。因此研究铸造起重机金属结构性能退化特性,进而确定合理的维修决策方案具有重要的工程意义。本文以构建铸造起重机金属结构维修决策框架为目标,并以疲劳裂纹维修决策为例研究铸造起重机金属结构成组维修决策方法,研究了疲劳裂纹扩展寿命预测方法、单构件疲劳裂纹的维修决策方法以及多构件疲劳裂纹成组维修决策方法。本文主要研究内容及结论如下:（1）构建了铸造起重机金属结构维修决策方法框架。通过铸造起重机金属结构故障模式及其影响分析,确定了金属结构的重要构件及非重要构件,并明确非重要构件的维修方式为日常巡检。针对重要构件进行评价指标分析,确定金属结构评价指标为腐蚀、强度、刚度、裂纹、磨损。将磨损与腐蚀整合,根据腐蚀、强度、刚度、裂纹的性能退化特性,构建了相应的性能退化物理模型及相应的故障概率密度函数,并利用最小费用率理论构建了单构件维修决策模型。（2）分析了铸造起重机金属结构疲劳寿命。将金属结构简化成二自由度二质量系统,构建起吊过程动力学方程。利用Matlab编程求解不同起吊速度、不同部位起吊下的钢丝绳张力。对铸造起重机金属结构主梁进行三维壳单元有限元建模。进行不同起吊部位不同起吊速度下铸造起重机金属结构主梁瞬态动力学分析,获得端部、跨中危险点应力时程曲线。利用雨流计数法获得危险点时程应力的应力幅值,并根据均方根等效法获得等效应力幅值,为疲劳裂纹扩展寿命预测提供初始等效应力幅值。利用修正的疲劳损伤累积模型分析了铸造起重机主梁端部危险点的疲劳裂纹萌生寿命,构建了疲劳裂纹萌生寿命退化模型,制定了基于剩余寿命的巡检方案。建立了单根主梁固壳连接模型,并基于XFEM（扩展有限元）获得横隔板与下盖板连接端部焊趾处疲劳裂纹扩展寿命。研究表明:同一部位起吊,钢丝绳张力、动载系数随着起吊速度增大而增大,且跨中10.2m/min起吊钢丝绳张力最大;同一起吊速度下起吊部位越靠近跨中金属结构危险点应力越大。（3）基于融合模型进行了铸造起重机金属结构疲劳裂纹扩展寿命预测。对Paris公式及改进双参数指数公式进行离散化处理,并基于贝叶斯原理将离散化后的Paris公式与改进双参数指数递推公式分别与参数估计算法（粒子滤波、扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波算法）融合形成融合模型。根据疲劳裂纹扩展寿命曲线,利用融合模型分别对Paris递推公式与改进双参数指数公式状态参数进行估计,获得估计参数后根据离散化后的递推公式预测裂纹寿命。最后,利用铸造起重机金属结构裂纹扩展仿真结果对算法进行验证。研究表明:融合模型可用于疲劳裂纹扩展寿命预测;当裂纹扩展速率较慢、裂纹长度较短时（即第一阶段裂纹扩展）,采用无迹卡尔曼滤波算法与Paris公式融合模型预测所得结果优于粒子滤波算法及扩展卡尔曼滤波算法的融合模型;当裂纹扩展速率较快、裂纹长度较长时（即第二阶段裂纹扩展）,采用粒子滤波算法与Paris公式融合模型预测所得结果优于无迹卡尔曼滤波算法及扩展卡尔曼滤波算法的融合模型。（4）建立了铸造起重机金属结构单构件与成组维修决策方法。基于Gamma随机过程构建裂纹扩展过程的概率密度函数,利用Weibull CDF函数替代Gamma随机过程的可靠度函数、失效率函数,简化了可靠度函数、失效率函数的计算过程。构建了基于最小费用率的单构件维修决策模型及多构件成组维修模型。建立维修时间变化惩罚模型,利用惩罚模型最小化,求取成组维修最优时间,形成了成组维修决策方法。最后,利用随机生成的十个疲劳裂纹扩展的Gamma随机过程参数,验证了成组维修决策方法在铸造起重机金属结构维修决策上的适用性。