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轴流压缩机作为能量转换装置,在工业生产中发挥重要作用。目前,压缩机械正向着“大型、节能、高可靠性”的方向发展,对安全运行能力提出更高要求。叶片是压缩机中的关键部件,研究其振动特性和疲劳断裂行为,对指导早期故障预测,探索智能化诊断方法具有重要参考价值。本文以某型号轴流压缩机第6级叶片为研究对象,采用理论分析和数值模拟相结合的技术手段,分析其含有裂纹缺陷状态下固有频率等动力学特征的变化,以及应力强度因子等断裂力学特征的变化,并按照由简单模型到复杂模型的思路,层层递进地推导和修正,最终建立含单边贯穿裂纹轴流压缩机叶片I型应力强度因子的解析表达式。本文做了以下工作:(1)通过SolidWorks建立轴流压缩机第6级叶片模型,使用ANSYS分析含裂纹叶片模态,结果表明转速增大则固有频率升高,裂纹长度增加则固有频率降低,且二者存在耦合效应。裂纹位置影响固有频率,在叶片一侧距底边37mm处,裂纹对一阶弯曲振动频率影响最大。(2)以二维含单边裂纹矩形板为模型,使用ABAQUS计算I型应力强度因子,与解析解比较表明,使用奇异单元的数值计算具有较高的精度。另外,奇异单元长度和数量对数值计算结果的影响较小。通过数值模拟和多项式拟合,修正了该模型在长宽比较小时形状因子的解析表达式。(3)基于权函数法,推导了离心力作用下叶片平板模型单边裂纹的应力强度因子半解析解,分别改变板尺寸和裂纹位置,将半解析解和数值计算结果比较,分析误差,给出了半解析解适用范围,并分析了在叶片底部区域产生较大误差的原因,结果表明逐渐增大的剪切作用使I型应力强度因子减小。基于ABAQUS的XFEM方法,计算应力强度因子沿板厚度的分布,对半解析解附加常数修正,得到三维平板模型裂纹的最大I型应力强度因子的解析表达。(4)基于ABAQUS的XFEM方法,计算了轴流压缩机6级叶片模型单边裂纹的应力强度因子,并与修正的半解析解比较,计算了不同裂纹长度和裂纹位置的I型应力强度因子,使用多项式拟合得到修正参数,最终得到半解析修正表达式。经过数值计算验证,该表达式具有一定的准确性。