近年来涡轮增压器已广泛应用于各种往复式发动机来提升其性能,涡轮作为涡轮增压器的关键部件之一,可以回收废气能量供压气机使用。发动机在运行时涡轮叶片与高温高压的废气直接接触,且随着工况的改变气流的状态也不断变化。这些复杂的外力作用必然会在一定程度上损坏涡轮叶片,一旦涡轮叶片发生故障,将会导致发动机无法正常运行。因此对涡轮进行强度分析是非常重要的。基于流固耦合的分析方法,首先分析了涡轮叶片在气动载荷,温度载荷和离心载荷同时作用的情况下的应力应变分布。利用Turbogrid对流动区域进行网格划分后,使用CFX求解得到在满负荷工况稳定运行时涡轮叶片表面的温度和压力分布。随后对涡轮叶片进行热应力分析,流动模拟计算得到的涡轮叶片表面温度作为边界条件输入,得到整个涡轮叶片的热应力分布。将上述分析结果和离心载荷加载到涡轮叶片上,结合轮盘一起进行强度分析,得到涡轮叶片的应力应变分布情况,发现应力集中主要出现在榫头榫卯区域。涡轮叶片最大等效应力值为629MPa,发生在涡轮榫头第四齿与榫卯接触边缘。其次对涡轮的榫卯结构进行优化,参数化结构后选择其中五个参数作为设计变量,得到不同参数对涡轮叶片最大等效应力的影响。通过正交实验法对比各因素的影响水平,采用五因素五水平的正交实验表,共进行25组的仿真计算,通过正交法确立了优化方案,相比于原方案,涡轮叶片最大等效应力降低11%。而后又对涡轮进行超转破裂实验,验证其超转破裂能力,当转速加载至49056r/min时,涡轮叶片爆裂。最后对涡轮叶片进行模态实验,测得涡轮叶片的各阶固有频率,并建立了有限元模型,对比实验值和模态计算结果,误差在5%以内。同时对涡轮叶片施加不同的离心载荷,分析了涡轮叶片在不同转速时的各阶固有频率。通过以上实验及计算结果,对涡轮共振情况进行了分析,增压器转速为23072r/min,27125r/min,28263r/min时,涡轮叶片容易发生共振,在增压器匹配工作中应避开这三个转速。