在水轮机转轮叶片水力性能优化过程中,针对利用CFD技术所开发的混流式水轮机转轮叶片的结构力学特性,设计者们往往依据自身项目经验估计,或者对其重要性认识的滞后。这使得近年来,利用CFD技术开发的高效的新水轮机转轮投入运行后,发生裂纹的比重偏高,一些长期在非最优工况下运行的新水轮机转轮,叶片甚至发生断裂或折断。因此,基于CFD技术优化设计的转轮在完成水力设计后,对其进行转轮叶片结构力学特性分析已成为必需。依据***水电站水轮发电机组增效扩容改造项目,针对其利用CFD技术开发的新水轮机转轮,采用考虑流固耦合作用的转轮叶片静力特性与动力特征分析。主要完成了工作如下:(1)根据既定水轮机各部件参数,通过UG建立了水轮机全流道水体模型和转轮结构模型,并通过相关网格生成软件对各部件进行了网格离散化。(2)基于FLUENT软件,应用RNG k-?湍流模型和SIMPLE算法,数值模拟了最小水头、额定水头和最大水头下,导叶开度均从17o~33o运行工况时,水轮机内部三维定常流动。(3)基于ANSYS软件,运用分离式单向流固耦合方法,进行了不同载荷施加方式和拟定工况下,水轮机转轮叶片的静力分析。(4)基于ANSYS软件,运用APDL语言,进行了水轮机转轮及单个转轮叶片的干模态与湿模态数值计算,并结合机组几种特征频率进行了水轮机转轮叶片在运行工况下发生共振的可能性分析。与此同时,还讨论了在不同载荷、不同机组转速以及不同流体域密度等因素对转轮干模态与湿模态的影响。通过上述工作,系统的评价了该水轮机转轮叶片的静力特性与动力特征。结果表明:在出力限制线左侧所有运行工况,转轮叶片静强度均满足要求,转轮叶片出口处的卡门涡激励不易与转轮区形成共振;在非最优工况运行时,活动导叶出口因脱流而引起的水压力脉动易诱发转轮区振动。与此同时,本课题所采用的数值计算方法也可作为同类型水轮机转轮叶片结构力学性能分析的参考方法,特别地适合于工程实际项目。