本文基于弹塑性断裂力学的内聚力模型研究晶界的微观裂纹扩展与轮盘的破裂转速:第一,内聚力模型模拟晶界微观裂纹扩展过程。在采用Voronoi tessellation方法建立的微观晶体有限元模型基础上嵌入表示晶界的内聚力模型以研究晶界失效。基于无厚度内聚力模型研究晶界的微观裂纹扩展,失效的内聚力单元与加载方向基本垂直,微观裂纹将沿与加载方向垂直的路径扩展,且宏观上只有一条主裂纹。基于考虑厚度的内聚力模型研究晶界微观裂纹扩展,考虑厚度内聚力模型相当于在晶界处引入缺陷,在缺陷处容易萌生裂纹,将产生多条与加载方向基本垂直的裂纹。当Voronoi模型中平均晶粒直径相同时,晶粒分布不同,在载荷作用下产生的裂纹路径不同,进而影响模型的载荷位移曲线。第二,根据查阅的国内外文献,本文首次将内聚力模型用于确定含初始径向裂纹的轮盘破裂转速。内聚力模型模拟含初始裂纹的轮盘裂纹扩展过程,其中裂纹尖端区域采用微观晶体结构的有限元模型。首先,对旋转轮盘的失效进行理论分析以获得轮盘破裂转速的理论解。通过高强度钢4340轮盘,验证了本文提出的内聚力模型的可行性,其预测的破裂转速与实验值相比误差为2.51%。其次,将内聚力模型应用于GH4169高温合金轮盘,结果表明:随着初始径向裂纹尺寸的增加,破裂转速下降;预测的破裂转速与理论解相比误差均小于4%。本文讨论了轮盘内外径之比、轮盘厚度、轮盘材料对破裂转速的影响,这对合理设计轮盘具有重要的指导意义。最后,应用内聚力模型模拟GH742径向开槽模拟盘破裂的裂纹扩展过程并预测破裂转速,预测的破裂转速与试验值误差为3.45%,应用内聚力模型预测的破裂转速比未考虑裂纹扩展的有限元预测结果更为准确。