● 摘要
重型燃气轮机一级涡轮转子叶片工作在高温、高压、高转速的苛刻条件下，承受着复杂的机械载荷和热载荷的共同作用。为适应这种载荷环境，叶片需要采用比强度高的新材料，如定向结晶材料和单晶材料，并且应用复杂型腔的结构来进行冷却。这些都给叶片的强度评估和寿命预测带来了难度。
涡轮转子叶片作为燃气轮机最典型的热端部件，在运行过程中承担着重要使命，任何一次故障都可能造成严重的后果。同时，作为集高新科技和加工工艺方式为一体的部件，叶片本身价格不菲，提早的淘汰或者过长的使用都会带来很大的经济损失。所以，能够准确地进行涡轮转子叶片的强度评价和寿命预测从安全角度和经济角度来讲都具有重要意义。
论文的研究对象是哈尔滨汽轮机厂有限责任公司正处于研制阶段的某重型燃气轮机一级定向结晶涡轮转子叶片。文中分别从静强度、持久强度和低循环疲劳寿命三个方面对该叶片进行了强度和寿命的计算与分析。
本文首先对该转子叶片进行了精细的有限元建模，并结合气热耦合计算结果进行了叶片固气界面的网格插值和稳态传热分析。接着采用热弹性理论对叶片进行了应力应变计算，并结合斯贝发动机应力标准中的叶片静强度评价准则对叶片进行了静强度评价。同时采用耦合损伤的各向异性Chaboche粘塑性统一本构模型对叶片进行了长时蠕变和循环蠕变的应力应变计算，最终结合计算结果和相关评价准则对叶片进行了强度评估和寿命预测。