压气机是以叶片为主要工作部件,通过转子轴带动转子叶片高速旋转,对流道内气体做功,将输入的机械能转化为气体内能,输出高温高压气体的一种叶轮机械。转子叶片是主要的做功部件,承受着很高的离心力、流体产生的气动力和来自机器其它部件的激振力,很容易发生故障。转子叶片的故障有裂纹、凹坑、豁口、缺角、掉块、断裂等,其中掉块与断裂的危害尤为严重。由于转子叶片处于高速旋转的工作环境中,掉块或断裂可能会沿切线飞出,击穿机匣,或者打伤同级或后级叶片,造成二次损伤,甚至切开油路导致起火,严重影响压气机正常运行。某燃机高压压气机末级叶片在运行过程中多次发生掉块故障,本文通过有限元分析对该叶片进行了系统的强度与振动特性分析,结合燃机实际运行情况,确定叶片所受周期性激振力,绘制了坎贝尔图,发现工作转速下该级叶片受到前面一级静叶的尾流激励引发双扭复合共振,造成叶片尾缘顶部断裂风险增加。为避免叶片掉角问题的发生,本文提出缺角加工的方案,并通过有限元分析进行了验证。对缺角叶片与不缺角叶片,施加相同的激振力对两种叶片进行频率响应分析,发现削角后叶片振动时最大振幅比故障叶片大,但是最大Von-Mises应力较故障叶片小。总之,工作转速下叶片可能会发生双扭复合共振,削角之后叶片在危险激励下最大振动应力相对减小。为提高叶片振动疲劳强度,工程上常采用叶片表面喷丸处理的方式。本文通过未喷丸和喷丸后叶片进行振动疲劳强度试验探究了叶片疲劳性能的改善效果。本试验主要对比了一阶横向弯曲振动下的疲劳寿命。通过S-N曲线发现在1×10~6循环基数左右的中寿命区未喷丸和喷丸处理后的叶片能够承受的最大应力水平相当,为740MPa左右。发现在长寿命区,与未喷丸叶片相比,喷丸处理的叶片能够承受更高的应力水平,且随着循环数提高,两者差值越来越大,在2×10~7循环基数下,喷丸处理的叶片中值疲劳强度比未喷丸叶片提高35.8%。由于喷丸处理后残余压应力的影响使得叶片抗弯能力提高,叶片振动疲劳强度有很大提高。综上,针对某燃机末级叶片实际工作中的掉角情况,本文对该叶片进行了系统的强度与振动特性分析,确定了叶片掉角是因为前面一级静叶的尾流激励引发高阶(双扭复合振型)共振造成叶尖尾缘疲劳断裂,提出了去角以避免断裂的方案并通过有限元分析进行了验证。为进一步提高叶片的疲劳寿命,本文通过实验研究了喷丸对叶片疲劳强度的影响,发现叶身表面的喷丸处理能够显著提高叶身的疲劳强度,为工程实践提供了有力支撑。