● 摘要
压气机盘是航空发动机断裂关键件之一，工作时承受着复杂的载荷条件，为了既能保证轮盘安全可靠，又能充分利用其潜在寿命，根据损伤容限的设计要求，当轮盘存在初始裂纹后，应有足够的裂纹扩展寿命。
为了模拟裂纹扩展并预测裂纹扩展寿命，本文建立了三维动态裂纹扩展的计算分析流程，该分析方法可以应用于复杂构件裂纹扩展的工程分析，分析方法简单快捷。以压气机盘为研究对象，在离心载荷和温度载荷同时作用下，针对不同的裂纹形式分别开展了裂纹扩展分析，实现了三维动态裂纹扩展，计算了应力强度因子，评估了裂纹扩展寿命。
论文的主要内容包括：
（1）研究分析了三维裂纹扩展数值模拟方法，探讨了子模型方法，网格划分方法，动态裂纹扩展过程，裂纹扩展寿命的计算方法这四个方面问题，建立了三维动态裂纹扩展的计算分析流程。
（2）针对本文采用的三维裂纹扩展模拟方法，计算了含中心孔边裂纹平板试样的应力强度因子，以及空心等厚盘分别在体积力和热应力作用下的应力强度因子，将计算结果分别与手册解进行对比分析，结果表明该方法具有可行性以及较高的应力强度因子计算精度，能够满足工程需求。分析了裂纹扩展断裂准则的选取和裂纹前缘网格密度对应力强度因子计算精度的影响。
（3）对含轮心和销钉孔处不同裂纹形式的压气机盘进行裂纹扩展分析，模拟了裂纹扩展过程，分析了裂纹扩展规律，得到指定裂纹扩展路径下应力强度因子与裂纹尺寸的关系，计算了不同裂纹形式的裂纹扩展寿命，并将其加以对比分析，确定了对轮盘最危险的裂纹形式。初步研究了多缘裂纹和裂纹融合问题，发现两者都会减小裂纹扩展寿命，具有危险性。