摘要：葉輪是離心壓縮機高速轉子的核心部件，由于葉輪結構、工作環境的復雜性，經常發生疲勞破壞的現象。近年來，隨著壓縮機的核心部件葉輪結構的直徑和出口寬度的增加，葉輪產生裂紋并逐漸擴展至斷裂的現象越來越頻繁，嚴重影響到壓縮機組的安全可靠性。本文以離心壓縮機三元閉式葉輪為研究對象，以斷裂力學為基礎對其裂紋擴展壽命預測方法進行研究。

　　首先，對離心壓縮機閉式葉輪進行三維實體模型的建立，并對其進行強度分析，得到了葉片與輪蓋焊接處的應力分布。為了便于對葉輪結構進行裂紋擴展的研究，基于力學與幾何相似原理對三維葉輪葉片與輪蓋焊接處進行了模型的簡化，為求解應力強度因子提供了可行性。

　　然后，利用簡化的二維等效模型，進行應力強度因子的計算。從線彈性斷裂力學角度出發，應用ANSYS 軟件分別計算裂紋形式為中心裂紋及邊裂紋兩種典型裂紋形式的應力強度因子，通過曲線擬合得到應力強度因子隨裂紋長度的函數關系。

　　最后，在研究葉輪裂紋擴展過程中，采用最大周向正應力理論計算了裂紋的開裂角；采用復合型裂紋疲勞擴展壽命模型，對裂紋形式為邊裂紋的葉輪結構進行疲勞裂紋擴展壽命的估算，給出了裂紋擴展壽命隨初始裂紋長度及終止裂紋長度的變化關系，總結出了一套基于斷裂力學的葉輪結構疲勞壽命預測方法和流程。

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責任編輯：趙澤南

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