叶片是航空发动机关键承力部件之一,对航空发动机的稳定运行以及安全可靠性具有重要意义。叶片通常工作在高转速、高压、大推重比恶劣的状态下,受到离心载荷、气动载荷以及机械振动激励和噪声激励等多种载荷的作用。由于叶片结构轻薄,容易产生疲劳损伤,特别是由振动导致的疲劳破坏目前是叶片主要失效形式,造成了严重的危害。具有特殊力学结构特性的硬涂层阻尼具有减振性能,可以降低结构的共振幅值,减小结构的振动应力。硬涂层阻尼的发展为提高叶片振动疲劳问题提供了新的思想和途径,但是目前关于硬涂层阻尼的研究大多集中在力学性能和减振性能方面,对硬涂层结构的振动疲劳特性缺乏具体的研究。因此研究硬涂层阻尼叶片的振动疲劳特性对提高叶片的振动疲劳性能、延长振动疲劳寿命以及推广硬涂层的应用具有重要的工程价值。本文针对硬涂层阻尼叶片的振动疲劳问题,结合试验测试、数值计算和仿真分析的方法,对硬涂层阻尼叶片的振动疲劳S-N曲线、振动疲劳寿命、随机振动疲劳寿命估算方法进行了研究。主要研究内容及成果如下:(1)采用大气等离子喷涂工艺制备NiCrAlY硬涂层叶片试验件,开展了硬涂层叶片共振疲劳试验,结合扫描电镜获得的试验件裂纹图像和固有频率的变化规律以及疲劳裂纹扩展行为,提出了基于固有频率的叶片试验件振动疲劳失效准则,获得了无涂层和硬涂层叶片试验件的振动疲劳S-N曲线,并研究了其振动疲劳寿命和裂纹扩展特性。(2)通过模态试验研究了无涂层和硬涂层叶片的固有特性和阻尼特性,根据1/3倍频程法并采用加速疲劳试验方法确定随机载荷的功率谱密度,研究了无涂层和硬涂层叶片随机振动疲劳寿命和裂纹扩展特性。结果表明,在相同的平直随机功率谱密度激励作用下,硬涂层阻尼可以提高叶片随机振动疲劳寿命,减缓疲劳裂纹扩展速率。(3)采用复模量法建立了硬涂层叶片动力学解析模型,获得了硬涂层叶片等效参数求解方法,提出了硬涂层叶片随机振动疲劳寿命估算的频域法,研究了硬涂层叶片的固有频率、叶尖振动位移、危险部位振动应力响应功率谱密度和振动疲劳寿命。(4)基于有限元法分析了无涂层和硬涂层叶片的固有特性、响应特性和随机振动疲劳寿命,获得了相应的疲劳寿命云图和损伤云图。分析结果表明,相比于无涂层叶片,硬涂层叶片的随机振动疲劳损伤减小,疲劳寿命延长;对于硬涂层叶片,涂层面的损伤小于无涂层面的损伤。通过本文的研究,获得了硬涂层叶片振动疲劳S-N曲线,明确了在相同激励水平、相同应力水平以及随机振动状态下硬涂层阻尼对叶片振动疲劳寿命和疲劳裂纹扩展速率的影响规律,提出了硬涂层阻尼叶片随机振动疲劳寿命估算方法。研究结果表明,硬涂层阻尼在提高叶片振动疲劳性能方面具有广阔的应用前景,并且为硬涂层阻尼结构振动疲劳寿命的研究提供了基础数据和理论支撑。