题目：气流激励下叶片的高周疲劳概率寿命预估方法

航空发动机中叶片振动引起的高循环疲劳失效是尤为突出的问题。叶片作为一弹性体，在周期性激励或随机激励作用下必然产生振动，对叶片进行振动响应预测和高周疲劳寿命预估是结构设计的重要环节。由于叶片振动模态高密集性，气流激励的不可避开性，工程上普遍应用的Campbell图法和Goodman曲线显现出局限性，制约了叶片的结构设计。本文通过完善叶片在气流激励下的动力响应分析方法并将概率方法引入叶片高周疲劳寿命预估寻求解决问题的办法。针对叶片动力学设计提出动力敏感度的数学模型和分析方法。以等截面叶片为对象，通过动力敏感系数分析，可以直观地找出影响叶片振动固有特性和动力响应最敏感的设计参数和规律，从而为叶片结构的动力学优化设计提供依据。采用数值方法对轴流压气机叶片动力响应的敏感度进行分析，指出现有叶片动力设计方法的局限性，提出了Campbell图判据的补充形式。对叶片流场系统的流固耦合研究中，利用在物理过程上的耦合代替数学方程上的耦合，完善了双向顺序耦合求解的理论，进一步给出了双向顺序耦合的数值求解方法。通过Aachen透平机的一级转/静子叶片和气流激励下的平板叶片计算和试验研究，证实了双向顺序法的优点和计算结果的准确性。由流固耦合求解得到的振动应力，基于概率疲劳积累损伤模型，给出了气流激励下叶片高周疲劳概率寿命的预测方法。针对平板叶片开展扰动气流激励下的高周疲劳寿命试验研究，通过概率仿真结果与试验统计结果对比，论述了方法的可行性和准确性。提出的气流激励下概率寿命预估方法在某工程问题上得到了成功应用，针对某小型发动机二级静叶进行了动力敏感度分析，确定了影响动力响应的关键参数。求得在流场激励下的叶片动力响应特征，给出了静叶在工作转速下随时间增长的概率疲劳积累损伤和工作可靠性，分析结论得到了实践验证。