涡轮叶片是涡扇发动机的关键零部件之一,是典型的热端构件,通过与涡轮轮盘相连为发动机正常工作提供动力。涡轮叶片工作环境恶劣,受到离心载荷、气动力、热应力、振动等作用,其主要失效模式有低周疲劳断裂失效、高周疲劳断裂失效和高温蠕变断裂失效等。特别地,在高离心载荷和高温度载荷同时作用下,涡轮叶片极易产生疲劳裂纹和高温蠕变现象,严重影响其可靠性和工作效率。因此研究涡轮叶片的寿命对保证发动机整机正常而稳定地工作非常重要。本文以有限元分析为基础,计算涡轮叶片低周寿命和进行高周载荷分析,所完成的主要工作如下:(1)涡轮叶片有限元分析。结合涡轮叶片的几何结构和载荷分析,对涡轮叶片进行三维有限元建模;对叶身进行了热弹性分析,确定叶身危险部位在叶身底部过渡圆处,并得到最大应力应变值;对榫头进行了弹塑性接触分析,确定危险部位在第三榫齿过渡圆处,并得到最大应力应变值。(2)涡轮叶片疲劳/蠕变寿命计算。根据有限元计算结果和900h现行使用载荷谱,利用局部应力应变法计算了各个疲劳危险部位的低周疲劳寿命;利用参数法计算了危险部位和温度最高部位的蠕变持久寿命;利用线性损伤累积理论计算了叶片在疲劳/蠕变交互作用下的寿命,并转换为飞行时间。(3)高周载荷分析。涡轮叶片的高周疲劳主要由振动引起,利用Workbench对叶片进行振动分析,得到其在三种工作稳态的前十阶共振频率;绘制坎贝尔图,计算得到涡轮叶片的临界转速,确定在三种工作稳态不会发生共振现象;以S-N曲线和Goodman应力修正曲线为基础,根据叶片低周疲劳损伤计算了高周疲劳损伤、循环次数和最大高周载荷及其幅值。本文对涡轮叶片进行了载荷分析、有限元计算和寿命计算,为发动机整机的寿命预测和提高可靠性提供参考。