随着经济的发展和环境资源约束的加强,涡轮机械呈现出高参数、大型化的发展趋势,叶片尺寸不断增加,工作环境更为严苛,这就要求叶片的设计质量及使用寿命不断提高。在设计阶段获得叶片的强度、振动、疲劳参数、应力状态,不仅能提高产品质量,保证叶片可靠安全长期运行,更能获得更多的经济利益。准确合理的预测寿命不仅能满足涡轮机械可靠性设计要求,更能指导其设计、维修、监测等。本文所做的主要工作如下:(1)首先给出了几种有限元方法在叶轮强度及振动方面的应用,在此基础上,以某工业用汽轮机次末级动叶片为例,详细阐明了有限元计算步骤、结果以及叶片振动安全评价分析方法,为叶片在设计阶段的静强度计算以及振动安全设计提供参考。(2)以国内某矿井用轴流风机动叶片出现裂纹故障为背景,提出了气流激振力下叶片动应力计算求解流程。通过计算不同叶片角度下的气动阻尼、气动力、动应力、疲劳安全系数等数据,综合现场叶片损坏情况,找到了叶片出现故障的原因,并给出了几种预防疲劳失效的方法。(3)采用有限元分析方法,分别研究了三种不同叶型裂纹叶片的振动特性,讨论了裂纹长度变化引起的叶片频率及振动特征的变化情况;对实际裂纹叶片进行了模态测试,并通过人为制造裂纹的方法进行了不同裂纹长度下的叶片频率测试,得到了叶片频率及响应的变化规律。(4)为验证本课题组开发的多功能的叶片振动监测测量系统,在原有实验台的基础上,设计了一种新型叶轮,介绍了实验台的结构并计算了实验叶轮的强度及振动特性,为后续进行实验提供一定的理论数据参考。本文基于叶片裂纹故障案例为研究背景,通过多种不同的有限元仿真、数值分析以及实验研究等手段,对轴流叶片的振动及强度进行了一定的研究。在叶片静强度计算及振动安全评价方面,本文提出的计算流程及评价方法,可为厂家提供参考;在叶片动应力计算方面,本文采用目前最先进的计算方法,结合实际裂纹故障案例,给出了一系列分析结果,解决了实际问题;在裂纹叶片振动特性方面,本文对实际裂纹叶片进行了模态分析测试,研究了裂纹对叶片特性的影响,并从有限元仿真角度对裂纹叶片进行了深入的研究;在实验台建设方面,本文设计了一种新型叶轮,可满足不同的实验要求。以上研究内容,可以为叶片健康监测实验台的建设提供帮助及数据参考,同时,有助于提高涡轮机械轴流叶片的设计质量,为其安全运行提供可靠性保障。