提高推重比是航空领域不断的追求,而减重则是提高航空发动机推重比的重要因素。新型材料和新型结构的使用是发动机减重的主要措施,同时两者又相辅相成,新型材料的研发是为了设计更优的发动机结构,同时更优的结构设计也是为了最大程度的发挥材料潜能。新型材料和新型结构的使用增加了发动机安全工作的不确定性因素,因此针对航空发动机的可靠性分析和结构优化设计方法研究尤为重要。本文首先基于高斯回归理论提出了一种复杂结构可靠性分析的自适应响应面方法,并编写了分析程序。采用连续拉丁超立方抽样方法选取样本点,采用留一验证判断响应面精度,在得到高精度响应面后使用直接蒙特卡洛方法进行可靠性分析。验证后将该方法应用于2.5D陶瓷基复合材料涡轮叶片的失效分析并与直接蒙特卡洛方法对比,计算结果表明该方法适用于复杂结构的可靠性分析并具有较高精度。在某型压气机轮盘的强度分析基础之上,分析了金属基复合材料加强的双肩型叶环结构。金属基复合材料的高比强度、低密度特性,在保证轮盘结构安全性的同时有效降低了质量,对于提高发动机推重比具有重要意义。最后,将所提响应面模型作为遗传算法的优化对象,提出了一种自适应响应面与遗传算法结合的优化设计方法。验证后采用该方法对新型叶环结构进行了优化分析,优化后的叶环结构相对于原始轮盘减重57.4%,质量由8.96kg减少到3.81kg,减重效果明显并具有一定的工程参考价值。