轮盘是航空发动机中关键件。发动机运行过程中由于一些特定因素导致轮盘超速运转,甚至可能会致使轮盘产生破裂,轮盘一旦发生破裂,一定是非包容性的,将会造成十分严重的后果。因此在进行发动机轮盘结构设计时,在提高推重比的基础上也要确保轮盘有足够的强度储备。因此准确预测轮盘的破裂转速和破裂形式对发动机性能的提升有着十分重要的意义。本文通过比较传统平均应力法、Hallinan经验方法、极限应力应变法、残余变形法等几种轮盘破裂转速预测方法的适用性以及可靠性,建立了基于失效模式的轮盘破裂转速预测方法。主要工作内容和结论如下:(1)为获取准确的材料力学性能,研究材料缺口强度比。首先开展了GH4169材料的拉伸试验,获得了不同温度下材料的性能参数与真应力-应变曲线。然后,通过缺口拉伸试验发现GH4169材料缺口试样的拉伸强度随应力集中系数的升高而升高,且缺口试样强度均高于光滑试样的拉伸强度。(2)设计并试验验证两类结构模拟轮盘的破裂转速和破裂模式,分析了各破裂转速计算方法的适用性以及可靠性。其中对于整个子午截面厚度变化较均匀,且不存在偏心孔、榫槽等不连续结构的轮盘,失效模式是由于中心孔不断涨大,整个子午截面达到材料的极限强度导致轮盘破裂,基于此失效模式采用平均应力法预测轮盘破裂转速较为有效。对于整个子午截面厚度变化较大,且辐板处存在偏心孔结构的轮盘,其失效模式是由于偏心孔处的应力集中导致轮盘破裂,基于此失效模式采用极限应力应变法预测轮盘破裂转速较为准确。(3)完成某GH4169材料高压压气机轮盘破裂转速和破裂形式的预测与试验验证。该轮盘整体结构由辐板和鼓筒组成,其中轮盘辐板上存在偏心孔,根据有限元计算得到的轮盘整体应力状态判定此轮盘的失效模式为偏心孔处应力集中导致破裂,因此采用极限应变法可准确预测轮盘破裂转速,试验结果表明了本文采用的预测方法的准确性。