压气机叶片是航空发动机关键转动部件,发动机运行过程中,高速旋转的叶片受到复杂的离心、气动载荷,作用于叶片局部使应力集中并引起疲劳失效,影响发动机的正常运转。考虑多种载荷效应建立疲劳损伤模型,开展压气机叶片寿命预测研究,提高发动机使用可靠性,具有很高的科学价值和工程意义。开展疲劳损伤预测方法研究,分析预测模型的理论基础、计算精度及应用特点,建立描述高周疲劳问题的损伤演化方程。结合钛合金疲劳试验,分析影响材料疲劳行为的载荷参数,以弹塑性应力–应变关系为基础,建立考虑弹塑性应变加权效应的疲劳修正因子,描述损伤随材料局部塑性变形的变化规律。将修正因子引入非线性连续损伤模型的应力项,建立考虑非对称载荷效应的疲劳损伤模型,对高周疲劳寿命预测进行修正,使预测结果与试验值之间的相对误差平均降低约20%。此外,建立了变幅载荷作用下的非线性疲劳损伤模型,结合变幅载荷疲劳试验,分析加载顺序效应对损伤行为的影响。考虑不同的初始损伤参量,分析低载作用下的损伤累积行为,发现低于疲劳极限的载荷不仅对疲劳寿命产生强化作用,而且对损伤累积造成劣化效应。因此,将疲劳载荷分为高于疲劳极限和低于疲劳极限的载荷,并将低载载荷分为具有强化效应和无强化效应的载荷。以连续介质损伤力学为理论基础,利用强化函数表征低载强化效应,利用隶属函数描述低载载荷的幅值范围,建立考虑低载强化效应的疲劳损伤预测模型,对疲劳寿命及损伤行为的预测进行修正。在疲劳损伤预测理论及方法研究的基础上,利用最优拉丁超立方法对修正模型的材料参数进行试验设计,探讨模型参数对计算精度的贡献程度及各模型参数间的相互作用,开展模型参数的灵敏度分析研究。结合灵敏度计算结果,以模型预测寿命误差为优化目标,对模型参数进行优化计算,确定模型参数的最优解。结合叶片的受力情况,建立叶片的三维模型、有限元分析模型和流场计算模型,同时考虑离心、气动复合载荷,进行压气机叶片应力分布计算,确定疲劳危险点。结合发动机循环工况,编制疲劳分析载荷谱。考虑多种载荷效应,对压气机叶片实际运行工况下的疲劳寿命进行预测。