镍基单晶高温合金由于具有优异的高温疲劳性能被广泛应用于燃气轮机涡轮叶片制造,但它同时具有显著的各向异性特点使叶片在多轴应力状态下的疲劳特性更为复杂,且与晶体取向高度相关,给寿命预测带来困难。目前还缺少既符合单晶疲劳损伤机理又对工程普遍适用的疲劳寿命预测方法。基于以上背景,本文开展燃气轮机起动过程中高压涡轮低周疲劳损伤问题方法研究,主要研究内容如下:1.提出一种燃气轮机起动过程高压涡轮气热耦合数值计算方法,重点研究起动中不同时刻流场边界参数确定方法,并通过整机试验进行验证。研究结果表明该方法合理有效,能准确反映涡轮叶片在起动过程中的流场和温度场变化规律。2.采用气热耦合计算得到的不同转速下对流换热系数和流体温度作为热边界条件进行热-结构耦合数值模拟,研究涡轮叶片在起动过程中瞬态温度场和应力场计算方法,分析冷却结构对温度场和应力场的影响。研究结果表明,在起动阶段,采用叶根排气冷却结构的导叶最大热应力小于尾缘劈缝结构。3.采用晶体滑移理论和临界面法,基于不同疲劳损伤因素提出考虑滑移系最大分切应力范围、分切应变范围、正应变范围和正应变比影响的低周疲劳寿命模型;提出考虑滑移系最大分切应力范围、分切应变范围、非对称循环载荷下的平均应力和应力弱化影响的低周疲劳寿命预测模型。验证结果表明两种模型预测值均与试验值较好吻合,模型适用于单轴及多轴等复杂载荷下的疲劳寿命预测。4.采用线性累计损伤理论和临界面法,应用低周疲劳寿命模型对某燃气轮机高压涡轮寿命进行预测。结果表明对于导叶和涡轮盘,本文考虑采用Wu模型预测结果;对于动叶,考虑非对称循环载荷因素的疲劳寿命模型可能更加符合叶片实际损伤情况。