航空发动机作为飞机的心脏,被誉为“人类工业皇冠上的明珠”。因此,保证航空发动机的高效性、安全性和可靠性,对国家经济发展、科技进步和国土安全具有重要的战略意义。据世界上最大的保险公司Allianz Insurance报道,叶片失效占发动机故障失效的42%,其中18.5%由叶片疲劳失效引起,23%由叶片碰摩引起。可见,叶片故障是制约航空发动机技术发展的突出问题。本文针对航空发动机的以上两种常见叶片故障进行了如下研究:1.探索了转子涡动对叶尖定时非接触式应力测量精度的影响,提出了考虑转子涡动对理论到达时间影响的叶尖振动位移提取算法,并有效地提高了非接触式应力测量的精度。2.应用LS-DYNA隐-显式分析相结合的方法,模拟了叶片-涂层碰摩的瞬态动力学响应过程,并探究了三种不同涂层材料对碰摩叶片响应的影响。3.基于大变形理论和有限差分离散求解方法,对碰摩载荷较大时,叶片的大挠度变形响应模式进行了研究。通过弹塑性分析,提取了叶片的弯矩、曲率瞬时分布图及叶片变形轮廓图,结果表明叶片的整个大变形响应过程分为四个阶段。4.研究了非接触式应力测量的叶片动应力反演方法。基于叶尖定时法的测量结果,结合有限元仿真分析,建立了叶片振动幅值和振动应力之间的关系,提出了通过叶尖一点振幅反演出整个叶片的动应力的方法。本文以叶片振动疲劳故障和叶片碰摩故障为研究背景,应用有限元仿真、数值分析和实验研究等科学手段,对叶片振动及碰摩响应进行了研究。在叶片振动方面,本文推导了提高叶片振动测量精度的数据提取方法,并提出了叶片动应力的反演方法;在叶片碰摩响应方面,本文探究了叶片-涂层碰摩的瞬态动力学过程,并研究了碰摩叶片大变形的响应机制。以上研究内容,可为叶片的在线健康监测以及叶片-涂层优化提供理论依据和科学支持,有助于航空发动机效率的提高及安全性和可靠性的保障。