涡轮作为车用废气涡轮增压器的关键部件,其运行在波动的高温、高压力和高转速的条件下,由空气动力学引起的涡轮叶片高频振动是造成涡轮叶片高周疲劳失效的关键因素,因此涡轮叶片振动特性研究是车用废气涡轮增压器涡轮高周疲劳研究的重点之一。本文针对车用废气涡轮增压器的涡轮叶片,通过理论分析及应变实验测量研究了涡轮叶片的振动特性,并提出了新的涡轮叶片高周疲劳可靠性寿命评估方法。本文的主要研究内容和成果如下:首先讨论了涡轮高周疲劳的实验研究现状、模拟预测方法的研究现状、高周疲劳失效机理的研究现状,并探讨了统计能量理论在涡轮振动特性研究的可行性,分析了当前在涡轮高周疲劳研究中存在的一些问题,于是根据公司当前的实际实验条件和工程应用的需求,提出了本文的研究思路及研究方法。第二章基于线性振动理论,把车用增压器涡轮简化为线性振动系统模型,然后根据涡轮叶片振动特性,研究了单个涡轮叶片在单模态单谐波激励条件下的振动情况,从而进一步简化了涡轮振动模型为单个叶片的线性振动系统模型。针对该线性振动系统模型,通过理论分析获得了叶片振动的理论解,并把能量分析法应用于该系统,得到了涡轮叶片在共振条件下的应变理论解。为下一步的应变实验研究提供了理论支持。第三章在理论分析的基础上,基于现有的生产实验台架,增加了一套应变采集系统,对涡轮的单个叶片在单谐波激励下的一阶模态振动特性进行了实验研究。通过实验结果分析,发现基于线性振动理论为基础的应变响应模型在频域上符合线性理论分析结论,但是在时域上由于叶片应变波动很大,需要进一步考虑其它非线性影响因素。第四章通过在不同加速条件下的应变测量,发现涡轮叶片应变响应具有一定的非线性特性,于是基于第二章线性理论基础的应变响应模型,把加速度作为非线性的关键影响参数,创建了非线性应变响应模型,通过实验验证,基于非线性的应变响应模型不仅在频域上能够很好的预测应变响应,而且在时域上的预测应变也跟实验测量得到的应变结果一致。并进一步研究了其他关键的参数对应变预测的影响,为涡轮叶轮高周疲劳的寿命预测提供了可靠的应变分布输入数据。第五章根据非线性涡轮叶片应变预测模型,提出了新的涡轮叶片高周疲劳的可靠性模型,该模型利用工程实际中容易得到的发动机实际工作循环、应变测量数据,通过非线性预测模型得到基于应用循环的涡轮叶片应变分布历程,把该应变分布历程及涡轮材料的S-N曲线代入疲劳累积损伤理论公式,就得到涡轮叶片高周疲劳可靠性寿命。第六章基于非线性应变响应的可靠性模型,用实际实验中失效的涡轮数据,对该涡轮材料的S-N曲线进行了修正,同时本文还提出了涡轮叶片高周疲劳试验方法及加速疲劳实验方法,为工程应用提供了可行的实验方法及可靠的高周疲劳可靠性评估方法。最终,通过对涡轮叶片在单阶模态及单谐波下理论和实验研究,提出了涡轮叶片应变响应的非线性预测模型,并基于该模型提出了新的涡轮叶片高周疲劳可靠性模型。