转子轴系是高速旋转机械中工作环境最重要的部分。由于制造缺陷或循环载荷,在转轴上可能出现裂纹,如果没有及时发现,会造成转轴断裂重大事故。许多研究中,通常将转子转轴裂纹的前缘假设为直前缘,而理论分析和实际工况表明,对于初始前缘最大应力强度出现在裂纹前缘的最深点,扩展速率比其他前缘点快,前缘形状会逐渐变成半椭圆。因此,本文将以半椭圆前缘裂纹为研究对象。本文论述了半椭圆前缘裂纹的裂纹深度、裂纹形状、前缘相对位置三个特征参数及其对应力强度因子的影响。由于裂纹的存在影响了转子系统的刚度,因此首先,本文基于断裂力学理论,建立半椭圆前缘裂纹转子单元的刚度模型,分析了静载条件下特征参数对转子刚度和裂纹尖端位移的影响。采用应力强度因子为零法模拟裂纹的呼吸过程,确定了转子的时变刚度,并分析对比直前缘和半椭圆前缘裂纹转子不同裂纹深度下的呼吸过程和时变刚度变化。然后,建立含呼吸裂纹转子系统动力学方程,采用龙格-库塔数值方法对裂纹转子系统的振动响应进行了求解。得到了转子系统的频谱响应,发现图中均出现1X、2X和3X成分。分析了各前缘裂纹转子的振动响应特点,以及特征参数对频谱成分和轴心轨迹的影响。