叶轮是离心压缩机中最关键的旋转部件,自身结构、工作条件均十分复杂,其工作状态直接影响到整个机组的安全。随着压缩机各种设计参数的不断提高,叶轮的运转条件和自身的力学特性也变得更为复杂。对旋转叶轮进行深入的力学分析,为叶轮设计提供依据,确保叶轮运行的安全性,对于研发具有我国自主知识产权的重大工业装备具有重要的理论意义和工程实用价值。本文对旋转叶轮的力学特性进行了深入的研究,包括如下两个方面:(1)综合考虑计算精度、规模和效率,采用自适应有限元方法,对离心压缩机叶轮原始模型与修正模型进行了精细的弹塑性分析。在此基础上,数值模拟了超速预加载工艺过程,分析了超速预加载工艺过程中叶轮的von Mises应力和等效塑性应变的演化历程,通过与无超速预加载历史叶轮在正常工作下的应力水平做对比,揭示了超速预加载工艺的力学机理。分析了叶轮关键部位应力对有限元网格的敏感性问题,介绍了如何得到对网格不敏感的结构热点应力及相应的强度判别准则,进而正确使用有限元计算结果估计叶轮疲劳寿命。(2)提出了将叶轮加载至发生塑性变形再卸载形成的残余应力作为自平衡应力场的方法。根据极限分析与安定分析的两个下限定理,建立了求解极限荷载和安定荷载的数学规划,并进行求解。通过对简单结构进行安定分析验证了方法的正确性。最后,对复杂的叶轮结构进行了安定性分析,得到了叶轮工作时的安定条件。利用数学规划列式,我们还进一步证明了,如果对于结构的所有点,弹性包络都是在荷载乘子取最大(最小)值时达到,则结构的极限荷载和安定荷载相等。