当今世界对清洁能源的需求日益强烈,由此核能获得了极大的关注。在核能应用的产业链中,核燃料的生产至关重要。离心分离法是目前主流的富集铀同位素的方法,其中超临界技术是最前沿和最高效率的离心分离技术。提高单机分离功率是离心分离法中的重要问题。从动力学设计的角度来说有两种方法:一是用高比强度的材料以增加转子转速,二是增加转子长度。碳纤维复合材料在离心机转子加工生产中已经得到广泛应用;要增加转子长度,必须发展超临界离心机技术。在多节式和整体式两种超临界技术路线中,本文将研究重点放在整体式技术上。本文的研究对象是整体式碳纤维复合材料铺层圆柱壳转子。复合材料转子经过升速达到稳定运行转速,此过程中会经过多次临界频率,需要知道临界频率的大小以便动平衡,平稳度过共振区;在应用复合材料的高比强度时,也应考虑其粘弹性对转子过临界和失稳的影响,需要对阻尼进行研究;在稳定运行时,转子一直处于巨大持续的离心应力下,极有可能因为细小裂纹而引起损伤扩展,导致转子失稳破坏,因此需要研究复合材料圆柱壳的渐进损伤。首先采用Timoshenko梁理论和Love一阶壳理论建立复合材料圆柱壳的动力学方程,分别在梁理论中使用复模量方法和在壳理论中使用模态应变能法,并使用波动法求解得到了转子静态下的模态频率和阻尼。利用上述方法分析了复合材料圆柱壳的振动特性和阻尼特性,并将理论计算和模态试验结果做了比较研究,弯振模态的频率和阻尼结果符合良好。接着研究了转动复合材料圆柱壳的频率和阻尼,在Love壳理论中加入转动项,并采用级数方法求解动力学方程得到了圆柱壳的转子动力学特性,讨论了长径比、环向波数等的影响。建成整体式超临界转子试验平台和相应的信号采集分析系统,在传递矩阵法中考虑了粘弹性并分析了转子轴承系统,和升降速试验结果做了对比分析,结果符合良好,讨论了各种阻尼对升降速的影响。最后研究了碳纤维开孔短圆柱壳在径向载荷下的渐进损伤特性。结合有限元软件ANSYS-APDL编写渐进损伤分析程序,对不同孔径的样件进行了损伤模拟,得到失效载荷和损伤路径。基于拉伸机设计加工了可以径向加载的试验设备,对不同孔径的样件进行了试验分析。有限元模拟和试验结果符合良好,讨论了损伤路径的产生发展规律及不同孔径对失效载荷的影响。