转子叶片是航空发动机的重要热端部件,其可靠性直接关系到飞行安全。在飞行过程中,转子叶片会受到气动激振、机械激振、热场等影响,导致叶尖间隙变小,甚至发生叶片和机匣之间的碰摩摩擦,造成叶片的磨损损坏。因此,在发生碰摩时研究摩擦热效应的转子叶片可靠性,对于适时安排航空发动机的维护或维修具有重要意义。针对转子叶片磨损可靠性,本文结合试验设计、有限元仿真计算和数理统计分析,提出了考虑磨损随机特性的磨损量预测模型,建立了转子叶片的磨损可靠性模型,并与转子叶片的疲劳可靠性进行对比,综合分析了转子叶片的可靠性,为叶片的寿命分析提供了一定的思路。论文具体研究内容如下:(1)根据叶片-机匣偏磨的特点,基于旋转坐标系的傅里叶方程,建立了叶片-机匣碰摩摩擦热-结构耦合模型,并使用有限元软件对其进行热-结构直接耦合计算。通过与不考虑摩擦热效应的叶片应力场对比,发现碰摩产生的摩擦热效应对叶片的应力场具有明显影响,因此发生碰摩时不能忽略摩擦热对叶片的影响;(2)在上述叶片-机匣碰摩摩擦热-结构耦合模型的基础上,增加了叶片的磨损模型。通过与不考虑磨损时的叶片应力场和温度场对比,发现叶片表面的磨损对其应力场和温度场有明显影响,因此需要考虑叶片磨损对其可靠性的影响;(3)分析了影响材料摩擦磨损性能的主要因素,确定并量化了叶片磨损量预测模型建立所需的变量。应用偏最小二乘法建立了磨损量预测的多项式模型,并对预测模型的精度和效果进行了检验;(4)分析了磨损量预测模型中变量的分布,以及叶片磨损量和碰摩次数的关系。建立了在磨损累积量与碰摩次数呈线性关系情况下的磨损可靠性模型,并用蒙特卡洛方法对服从正态分布的变量进行抽样,计算得到了不同工况下,叶片磨损可靠度随碰摩次数变化的曲线;(5)基于考虑磨损时的叶片应力场和温度场,用疲劳软件计算得到了叶片在指定寿命下的疲劳可靠度,并与磨损可靠度进行对比,综合评价了叶片的可靠性。