汽轮机转子轮盘在服役过程中主要承受叶片离心载荷交变作用,轮槽缺口根部存在较大拉伸平均应力及其循环松弛。本文主要针对当前结构疲劳寿命预测中采用的平均应力松弛经验模型存在的不足,基于局部应力-应变法,应用混合硬化本构模型(N5L1)研究了脉动交变载荷作用下轮盘材料的瞬态力学响应与平均应力动态松弛行为,并据此研究了考虑轮槽缺口根部平均应力动态松弛的转子轮盘疲劳寿命预测方法,为汽轮机转子轮盘抗疲劳设计和服役安全性评估提供更为精确的定寿方法,因此,具有重要的理论与工程意义。本文首先根据已有的轮盘材料光滑试样低周疲劳试验数据,研究了轮盘材料在不同应变幅下的循环变形行为、平均应力松弛规律等。结果表明:在循环过程中,轮盘材料出现了显著的平均应力松弛现象,并且随着应变幅增大,初始平均应力减小,而平均应力松弛速率加快;通过对轮盘材料在不同应变幅下的滞回环进行分析发现:在同一应变幅下,随着循环周次进行,轮盘材料表现为循环软化特征。采用两种方法(平移法和包辛格应变拟合法)进一步证明了轮盘材料符合Mashing特性。基于Chaboche提出的N5L1混合硬化本构模型,结合遗传算法(GA),通过参数优化,本文研究了轮盘材料的背应力参数与各向同性硬化参数对轮盘材料循环应力-应变曲线和滞回环的影响,并进行了不同应变幅下初始、稳态滞回环及平均应力松弛模拟,结果表明:进行参数优化后,五级背应力模型要优于一、四、六级背应力模型,叠加线性项的五级背应力模型(N5L1)优于未叠加线性项的五级背应力模型。据此为进一步采用混合硬化本构模型(N5L1)研究转子轮盘疲劳寿命预测方法提供了基础。本文分别采用混合硬化本构模型(N5L1)与平均应力松弛经验模型(Landgraf、MaxWell、Kodama公式)对脉动加载、五级应变幅(0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1%)下轮盘材料的平均应力松弛行为进行模拟,并与试验结果进行比较。结果表明:相较于平均应力松弛经验模型,本文采用的混合硬化本构模型能够更准确地模拟轮盘材料的平均应力松弛行为。基于局部应力-应变法基本原理,结合混合硬化本构模型(N5L1),采用统一法确定缺口局部应力、应变,并采用SWT模型计算疲劳损伤以及采用线性累积损伤法则,本文进一步研究建立起一种考虑轮槽齿根平均应力动态松弛的转子轮盘疲劳寿命预测方法。通过某型轮槽构件的试验验证及与基于平均应力松弛经验模型(Landgraf、Kodama、MaxWell模型)的方法进行比较表明:基于混合硬化本构模型(N5L1)的疲劳寿命预测值与试验寿命误差总体控制在7-25%之间(1.5倍分散带以内),而基于平均应力松弛经验模型的预测寿命与试验值误差约在50-130%之间。因此,本文建立的基于混合硬化本构模型(N5L1)的轮槽构件疲劳寿命预测方法具有更高的预测精度,值得在汽轮机转子轮盘抗疲劳设计中重视和推荐应用。