超临界及超超临界汽轮机技术的发展,使得汽轮机的强度和寿命问题日益突出,如何准确地评估汽轮机部件的高温强度及使用寿命,也是目前高参数汽轮机设计和考核中的一大难题。本文以某超超临界汽轮机高压转子为对象,基于有限元方法(FEM)对转子高温工作环境下的蠕变和疲劳问题进行了研究,研究结果为汽轮机转子的设计改进提供了参考,也为建立汽轮机高温强度考核准则提供了依据。本文的主要内容如下:基于商业有限元软件ABAQUS对高压转子进行了热弹塑性分析,采用Graham-Walles幂率模型模拟了转子20万小时服役时间内的蠕变行为,指出蠕变引起了转子应力分布的重构,以持久应力曲线评估转子的蠕变强度具有一定的局限性。引入等效应变准则和损伤力学方法预测了蠕变危险区和损伤情况,预测结果均表明转子前轴封圆弧段上蠕变损伤较大,但仍处于安全范围内。以Cocks-Ashby受约束孔洞长大模型分析了多轴应力状态对转子蠕变韧性的影响,分析结果表明转子在多轴应力下蠕变韧性降低。基于多轴蠕变韧度变化系数提出了考虑多轴效果的转子蠕变强度考核方法。分析了转子冷态启动-停机过程的温度场和Mises合成应力场,指出内外温差引起的热应力是低周疲劳损伤的主要原因。分析结果表明,低周疲劳主要发生在进汽侧凹槽上。以Manson-Coffin公式、雨流法和损伤累积方法预测了该转子的低周疲劳寿命。此外,基于应变-寿命公式对转子自重交变应力引起的高周疲劳损伤进行了分析。基于连续损伤力学理论研究了蠕变-疲劳交互作用对转子强度的影响,结果表明,蠕变-疲劳交互作用加剧了材料的损伤。比较线性累积法和连续损伤力学法的结果,并指出了线性累积方法的局限性。