燃气轮机是一项多种技术集成的高新技术产品,是复杂旋转机械设备的代表。叶片是燃气轮机的心脏,也是燃气轮机产生事故最多的关键部件之一,它的性能直接影响着燃气轮机运行的安全性和稳定性。据统计,美国电站汽轮机强迫停机率的70%与叶片损坏有关,叶片事故引起的损失往往占全部损失的一半左右。因此对旋转叶片动力学特性研究,提高燃气轮机的性能、耐久性、可靠性和寿命,避免由叶片损伤造成的事故和不必要的经济损失是十分必要的,具有重要的工程价值。本文主要采用三维有限元技术、循环对称算法、接触分析及预应力模态分析等数值分析方法,对旋转叶片的固有特性和振动响应进行了全面的分析研究。首先,在考虑叶片榫头与轮盘榫槽界面接触的基础上,研究了具有循环对称结构的叶片-轮盘耦合系统固有特性,得到了叶片-轮盘耦合系统的固有频率及相应的振型,分析了叶片与轮盘的耦合对叶片振动的影响；利用上述计算结果,对叶片-轮盘耦合系统进行了固有特性分析,绘制出Campbell图,并通过Campbell图确定了共振转速,为进一步研究叶片-轮盘耦合系统的结构设计优化和进行振动安全评估提供了必要的理论依据。其次,研究了叶片-机匣碰摩情况下旋转叶片的动力学响应。针对叶片与机匣碰摩的特点,提出了一种碰摩力模型：将叶片与机匣碰摩过程中产生的碰摩力简化为一个半正弦脉冲激振力,并推导出该脉冲激振力中各参数的计算公式；分析了旋转叶片在轻微碰摩、中度碰摩、严重碰摩三种不同碰摩程度对旋转叶片位移和动应力的影响。最后,研究了尾流激振情况下旋转叶片的强迫振动响应。利用表面效应单元将三维非定常流场计算得到的气流激振力转换为可以在结构有限元模型中直接加载的载荷步形式,实现流场域计算结果向结构域转换的数值计算方法；研究了尾流激振下叶片的位移及最大等效应力响应。