轮盘是航空发动机关键部件之一,承受复杂的载荷。轮盘的破裂大多是非包容的,往往会引起灾难性的后果。航空发动机在保证自身性能外,应具备足够的强度裕度,以避免轮盘破裂现象的发生。同时,在保证强度的基础上尽可能减少航空发动机轮盘的质量,提高发动机的推重比。因此,准确预测轮盘强度(破裂转速)具有十分重要的意义,而整体式叶盘是下一代高推比航空发动机中使用的典型结构件。本论文在国内外研究工作的基础上,针对某鼓筒结构整体叶盘和某压气机整体叶盘的强度分析及破裂转速预测进行了深入的研究。论文的主要工作和贡献如下:1、开展盘用钛合金材料TC17常温及高温条件下拉伸性能试验,获得了 TC17材料在常温及200℃条件下的真应力-真应变曲线。试验表明,在单向拉伸载荷作用下,TC17材料在拉伸断裂前先发生塑性变形。随着载荷的增加,塑性变形逐渐增大,直至材料发生断裂失效。通过拉伸试样的断口电镜扫描图片,了解TC17材料的断裂形式。2、根据拉伸试验得到的材料性能数据,利用弹塑性有限元分析方法对轮盘进行有限元分析。通过弹塑性有限元分析求解得到轮盘的应力应变、直径增长及应力三轴度。研究结果表明:与工程中常用的平均应力法相比,利用弹塑性有限元分析能够更为准确地求解轮盘应力应变,可以作为航空发动机设计的有效手段;轮盘在发生破裂失效前,直径增长有可能已经超过了限制值,在进行航空发动机设计时,应综合考虑轮盘破裂转速与直径增长的限制。3、设计了一种旋转状态下测试轮盘表面应变-温度方案。开展某鼓筒结构整体叶盘轮盘表面应变-温度测试试验,得出了轮盘在试验过程中测试点的应变数值,试验验证了有限元分析结果的准确性,并分析了测试系统产生误差的原因。实现了对于整体式叶盘真实件,在旋转状态下(22800r/min)轮盘表面应变的测试试验。4、对某鼓筒结构整体叶盘和某压气机整体叶盘开展超转、破裂试验。通过超转破裂试验得出了轮盘残余变形-转速关系以及轮盘真实破裂转速及轮盘破裂形式,验证了轮盘破裂转速理论预测值的准确性。同一材料及结构形式的轮盘,轮盘破裂形式可能不同。对TC17钛合金材料整体式叶盘开展轮盘破裂试验,破裂转速高达30720r/min以上。对于此类试验国内研究较少,为我国航空发动机设计提供了有力的试验数据支持。