燃气涡轮是航空燃气涡轮发动机的重要部件之一,其承温能力是航空发动机先进程度的重要标志。其中涡轮叶片在高温下的服役行为一直是学者和工程师关注的核心。对长期处在高温下工作的构件进行强度分析时,必须考虑蠕变的影响。蠕变裂尖场的分析是设计蠕变断裂准则的理论基础,是预测蠕变寿命的重要组成部分。本文综合了三维蠕变断裂理论和有限元数值计算方法,对不同形式三维裂纹的蠕变裂尖场分布规律进行分析。主要包括以下内容:1.对于中心穿透厚度裂纹,建立不同厚度、不同裂纹长度的有限元模型,研究蠕变应力场的厚度效应及尺寸效应。分析了裂纹前沿C(t)积分、离面约束因子TZ、Q*项的分布规律。对实验常用标准试样单边裂纹三点弯曲和紧凑拉伸试样的蠕变应力场进行参数化描述,C(t)-TZ-Q*三参数解可以描述单边裂纹三点弯曲和紧凑拉伸试样裂纹端部应力场,且在大范围蠕变下,对中面韧带方向张开应力和径向应力的分布规律作出准确的预测。2.研究了椭圆内埋裂纹、半椭圆表面裂纹和1/4椭圆角裂纹的蠕变裂端场。对椭圆裂纹前沿的C(t)积分、离面约束因子TZ、Q*项的分布规律进行分析。将线弹性下的等效厚度概念推广到蠕变变形的应力分析中。对于穿透厚度裂纹和椭圆裂纹前沿线各点韧带方向离面约束分布,使用等效厚度都实现了TZ径向分布的归一化。基于等效厚度概念从理论上推出穿透裂纹C(t)-TZ-Q*三参数解可以用于描述椭圆裂纹的蠕变裂端场。基于有限元法验证了C(t)-TZ-Q*三参数解对椭圆裂纹应力场描述的适用性。