盘片轴系统是航空发动机的关键组成部分,高温、高压和高转速等恶劣环境常常引发各类故障,如碰摩、叶片裂纹及失谐振动等,这极大地影响了航空发动机的稳定运行,并限制了新型航空发动机的发展。对盘片轴系统进行故障机理分析是实现该结构可靠运行的关键途径,具有重要的研究意义。目前,旋转叶片碰摩的解析分析广泛采用梁模型,忽略了叶片沿宽度方向振动的差异性,旋转板碰摩模型的线性、几何非线性理论需要深入研究,尤其热冲击对板碰摩与热冲击耦合故障的影响规律有待进一步研究。随着盘片轴一体化新结构的发展,大规模网格一体化新结构的动力特性和裂纹失效问题研究十分必要。此外,采用Kriging模型的流场与结构场耦合界面的数据传递方法,为解决失谐叶片-轮盘系统的热-流-结构场耦合问题提供了理论基础。本论文针对以上问题开展了盘片轴系统复杂耦合故障下的动力行为研究,涉及结构场与多物理场等多学科理论,包含解析和数值求解方法,研究内容和成果如下：(1)将叶片-轮盘简化为中心刚体-旋转悬臂板模型,基于Hamilton变分原理与梁函数组合法,分别获得了旋转悬臂板碰摩动力行为以及旋转碰摩板热冲击振动的解析解,并与实验结果对比,证明了方法与结果的可靠性。讨论了热冲击和碰摩对薄板振动的影响规律,结果表明：板模型对梁模型进行了扩展,应用更准确、可靠；碰摩振动表现为复杂多频率耦合振动且高频振动较为显著,热冲击引起简单的低频振动,碰摩引起的振动形式较热冲击故障复杂,更容易引起叶片的破坏。(2)提出了一种基于变分原理的旋转大挠度板强迫振动响应求解过程,对比模态分析结果验证了本方法的准确性。开展了旋转大变形板尖端碰摩引起的分岔与混沌现象研究,结果表明：利用二阶非线性系统得到了该结构非线性振动的软特性,利用三阶非线性系统获得了结构非线性振动的硬特性；碰摩摩擦力是旋转大变形板系统碰摩引起的非线性振动的主要动力；随着碰摩力幅值的增加,旋转大变形板模型表现出十分丰富且复杂的动力行为。(3)建立了受热冲击作用的旋转大变形板碰摩动力学模型,该模型考虑了热冲击对碰摩的影响,通过数值分析验证了本模型的有效性。开展了热冲击下碰摩大变形板的非线性振动分析,结果表明：热冲击导致旋转大变形板碰摩非线性振动随着时间的增加逐渐增大,这加剧了该系统运动的不稳定性,热流量越大这种现象越明显,恒定的温度可以降低碰摩故障的破坏程度。(4)针对大规模网格问题导致计算效率较低问题,提出了一体化新结构动力分析的预应力模态综合法,通过模态分析结果验证了本方法的准确性,并给出了模态截断数的选取原则,开展了振动响应及动应力研究。结果表明：选取模态截断数的原则为各级子结构的模态截断数需要远大于叶片数；引入转轴的作用使叶片动频降低,且存在叶片、整体叶盘及转轴之间的耦合振型；等效气流激励力主要引起所在叶片的强烈振动,最大动应力位于叶片根部及转轴。(5)分析了适用于盘片轴一体化结构的断裂力学理论,讨论了裂纹缺口模型对于裂纹分析结果的有效性,研究了叶片裂纹对整个转子系统动力特性的影响规律。结果表明：采用较小角度的等效缺口模型来建立叶片裂纹损伤模型准确且简便：叶片裂纹导致叶片振动现象的加剧；叶片压强载荷的施加一定程度上降低了叶根中部裂纹扩展的可能性,相比之下,叶片排气边裂纹更容易随叶片压强载荷的增加而引发裂纹扩展。(6)针对等效气流激励不能够准确描述失谐叶盘系统的受载特点,建立了失谐叶盘系统的热-流-结构多物理场耦合系统动力学模型,揭示了失谐叶片结构与流场之间的相互作用规律。结果表明：利用Kriging法进行载荷的传递具有较高的精度；失谐程度的增加明显加剧了各扇区的振动,表现为振动幅值的显著增加；随着失谐程度的加剧,各叶片的振动差异性逐渐增大。