随着经济社会转型,城镇化发展进入关键时期,地下空间的开发利用对于缓解地表空间紧张、完善基础设施建设具有深远影响,我国已成为硬岩隧道掘进设备(TBM)需求最大的国家。刀盘系统是影响TBM破岩效率的核心部件,但现有刀盘的设计较少考虑疲劳寿命,强振动环境下刀盘裂纹的萌生与扩展将极大影响施工效率甚至带来安全隐患。因此开展刀盘疲劳全寿命预测研究对于TBM安全服役具有重要意义。在深入理解疲劳裂纹萌生和扩展寿命预测理论与方法的前提下,本文针对TBM刀盘的疲劳全寿命预测问题,通过理论计算、仿真分析和试验研究的方式开展了相关研究,具体工作如下：(1)在分析刀盘受力特点的基础上,综合考虑计算精度和效率提出了一种计算TBM刀盘动应力的改进准静态法,使用这种方法计算了刀盘危险点和待测点的动应力。搭建了无线测试系统并对实际掘进工作中的TBM刀盘应力进行了测试,测试数据与计算结果均值的差别仅为3.2%,变化范围的差距则有9.8%,考虑到现场测试的偶然性可以表明改进准静态法计算刀盘动应力的有效性。(2)根据雨流计数方法对应力时间历程进行统计计数得到了应力幅值和均值的直方图,根据数理统计理论拟合了幅值的分布函数编制了应力程序谱,结合材料的S-N曲线和损伤累积准则预测了刀盘裂纹萌生寿命。并探讨了Miner准则和Chaboche准则对萌生寿命的预测效果以及应力次序对萌生寿命的影响。研究表明,Chaboche准则比Miner准则更加保守,低-高分级谱作用下萌生寿命更长。(3)考虑到刀盘结构复杂难以计算应力强度因子幅,以及承受随机应力的特点,使用了短时间尺度裂纹扩展模型,开展了弱约束条件下稳态裂纹扩展试验获得模型中的裂纹张开角参数。为了验证模型的适用性从刀盘整体结构中抽取了典型子结构,按照一定缩尺比设计了疲劳试验样件和预制裂纹,开展了刀盘子结构疲劳试验研究。最终将此裂纹扩展模型运用于预测某工程实际刀盘的裂纹扩展寿命预测。