水泵水轮机组开停机频繁,工况转换过程复杂,常引起极大地水力激励作用,有时还会出现空化现象,这些都会严重影响转轮的动力特性和疲劳寿命特性。本文深入研究了水泵水轮机转轮稳态和暂态过程的流固耦合特性,分析了转轮裂纹萌生扩展寿命和空化条件下的转轮湿模态响应,具有重要的理论意义和和工程实用价值。深入研究了水轮机内部流道稳态和暂态过程的水力激励力特性,提出了压力振型识别方法,分析了典型特征频率的产生位置、强度和分布规律,并分析了2.56fn等非典型频率的压力脉动特性。发展了基于连续介质力学和断裂力学的水力机械裂纹萌生扩展全寿命预测数值方法,计算了多个稳定和暂态过程中转轮的裂纹萌生寿命、裂纹扩展路径和裂纹扩展寿命,为电站评估机组安全运行状态和检修安排提供了预测分析方法。基于流固耦合理论,建立了汽液固耦合的结构湿模态有限元数值分析方法。进行了NACA0009翼型空化条件下的模态计算,与实验结果吻合。随着水中汽液体积分数的变化,计算发现结构的各阶模态可以相互转换,提出了“模态转捩曲线”来描述这种变化规律。详细计算分析了水泵水轮机转轮在不同空化条件下的模态变化,揭示了空化演变影响转轮模态特性的机理。发现泵工况下因空泡接近转轮表面,对转轮的模态影响比水轮机工况更加明显。空化引起转轮模态特性变化的预测方法,能更加全面合理地分析转轮各种运行工况的共振特性和疲劳特性。