疲劳裂纹是构件断裂事故的主要根源之一,混流式水轮机转轮叶片经常出现大量贯穿性疲劳裂纹,严重危及电站的安全运行。混流式水轮机转轮叶片出现裂纹或断裂的事故仍屡见不鲜,多在停机检修时,用超声、磁粉探伤等方法检测转轮裂纹,而对裂纹在线监测,动态的预测裂纹扩展趋势仍是一项技术难题。目前所遵循的水轮机转轮定期检查的规定已越显弊端,对转轮叶片的裂纹状态进行监测已经越来越迫切。本文以国家自然科学基金项目(50465002)——“混流式水轮机转轮叶片裂纹监测的理论和方法研究”为背景,研究疲劳裂纹扩展趋势预测;利用声发射技术对疲劳裂纹进行动态监测,根据裂纹的声发射信号对裂纹的状态进行分析;对转轮安全评估方法研究,为实现水轮机转轮状态监测奠定理论基础。论文首先介绍了疲劳裂纹扩展机理、疲劳裂纹扩展预测方法,利用灰色模型和神经网络对疲劳裂纹扩展进行预估。针对水轮机转轮叶片产生的疲劳裂纹,通过三点弯曲疲劳试验,采用声发射技术对金属疲劳裂纹的产生、发展、断裂过程进行监测,与传统的裂纹检测技术相比,声发射不仅能够实时的捕捉到疲劳裂纹的产生,而且能够得到与理论上疲劳裂纹扩展速率曲线相似的变化规律,建立了裂纹声发射信号特征参量与应力强度因子之间的数学关系式,并利用人工神经网络对裂纹的扩展阶段声发射源进行了模式识别,判断裂纹的危害程度。介绍水轮机转轮结构、裂纹产生的位置,分析裂纹产生的原因和提出预防裂纹产生的措施。根据混流式水轮机转轮裂纹的实际情况,研究基于声发射和振动技术对转轮叶片裂纹在线监测的理论方法,并对转轮进行疲劳寿命计算和安全评估基础方法研究,为实现对转轮在线监测和故障诊断奠定理论基础。