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破裂转速分析是航空发动机强度设计的重要内容之一。目前主流破裂预测方法中,平均应力法、Hallinan法、局部应力应变法属于经验性方法,而基于全局塑性失稳准则的预测方法是近些年提出和发展的一种更为符合轮盘超转破裂规律的方法。评估各破裂预测方法的预测能力,采用合适的预测方法研究国外典型发动机多级转子的超转破裂特征,能够为国内航空发动机转子的抗破裂设计提供参考。轮盘与转子在进行超转试验时,径向位移较大,设计不当的转接盘无法保证超转试验的完成和试验精度,需要研究转接盘设计优化方法使超转试验能够顺利进行且具有良好的精度。本文针对上述问题,在前人研究工作的基础上,在轮盘破裂预测方法评估,典型发动机转子的破裂分析,超转试验转接盘设计优化等方面开展了相关试验、理论分析和数值模拟研究。主要工作和结论如下:设计了倾向周向破裂的GH4169轮盘并进行试验,通过两种破裂模式轮盘的试验结果与各方法的预测结果对比发现:全局塑性失稳破裂准则对破裂转速的预测精度在工程接受范围内,能准确地预测试验盘的破裂模式和破裂薄弱位置,是符合轮盘超转破裂规律的方法;平均应力法对破裂转速的预测误差较大,能够准确预测出试验盘的破裂模式;Hallinan经验法只能够预测周向破裂模式的轮盘,预测精度在工程接受范围内;上述两种方法不能预测轮盘的破裂薄弱位置。局部应力应变法预测精度在工程接受范围内,局部应力法可以准确预测轮盘的破裂模式和破裂薄弱位置,局部应变法无法准确预测轮盘的破裂模式。基于全局失稳准则的破裂转速预测方法对某APU整体叶盘转子和国外典型民用涡扇发动机转子进行了破裂预测。预测叶盘破裂转速为145293rpm,破裂裕度为181.6%。叶盘破裂方式为从盘心产生裂纹延伸至辐板靠近盘心部分。叶盘在破裂转速时的高等效应力区域从盘心到轮缘分布均匀,叶盘没有明显的应力集中区域,设计合理。国外典型民用涡扇发动机CFM56-7b的高压压气机转子破裂转速为24150rpm,1级高压压气机盘心部位为破裂薄弱位置。低压涡轮转子破裂转速为20364rpm,1级低压涡轮盘靠近高压涡轮一侧的悬臂引出段为破裂薄弱位置;LEAP-1b的高压压气机转子破裂转速为23724rpm,4级高压压气机轮盘的盘心部分为破裂薄弱位置。低压涡轮转子破裂转速为10229rpm,2级低压涡轮盘心部分为破裂薄弱位置。分析了转接盘设计对轮盘变形和破裂的影响,研究了转接盘的优化方法,对几类典型连接方式进行了转接盘设计与优化,并对其优化前后组合状态进行了超转破裂分析。优化后的转接盘对试验盘破裂转速的影响有效减少,对试验盘破裂薄弱区域的影响显著减少。