图1.（a）影响叶片失效原因的协同因素，包括材料、制造、结构特性及载荷；中央图像展示了一起因受损叶片导致的燃气轮机失效事故。（b）1983年至2022年间风力与燃气轮机失效分析类文献的年度科研产出量。本次文献计量分析来源于Scopus数据库检索所得约1500篇文献；其中，检索“风力涡轮机叶片失效分析”获得863篇，检索“燃气轮机叶片失效分析”获得629 篇。

图2.（a）叶片前缘侵蚀失效分析的示例案例；（b）一级燃气轮机叶片的失效分析，附有立体显微镜图像，显示由孔隙空化诱发的断裂

图3. Nimonic 80A燃气轮机叶片失效：（a）叶片正面视图；（b）显示γ′等第二相的显微组织；（c）叶片凹面照片；（d）叶片横截面A-A区域；（e）从横截面孔洞萌生的热疲劳裂纹；（f）裂纹尖端前方的蠕变空洞。

图4. 镍基燃气轮机转子叶片失效：（a）叶片微截面的选取及其编号方法；（b）过热叶片端面（上）与新叶片端面（下）的对比，前者暴露于磨料磨损环境；（c）第1号横截面（前缘）的扫描电子显微镜（SEM）图像；（d）第2号横截面（前缘）的SEM图像，显示枝晶区域；（e）发生故障的发电厂燃气轮机；（f）尾缘的SEM显微照片，显示孔洞

图5. (a) 因疲劳失效的燃气轮机叶片。(b) 前缘断裂面 。GH2036轮盘疲劳裂纹扩展失效分析：(c) 高温合金涡轮轮盘某截面尺寸，(d) 低周疲劳下裂纹形貌的扫描电镜照片，显示晶界处的条纹。镍基高温合金中初生β-NiAl相导致燃气轮机叶片失效分析：(e) K403铸造叶片，(f) 纵向截面中裂纹扩展路径，主裂纹穿过深灰色区域，次生裂纹连接这些区域

图6. 脆化特征：(a) 含BN氧化的液滴与熔池，(b) 纤维上的“虫蚀”现象。(c) 不同湿度条件下在550 °C测得的归一化断裂强度曲线

图7. (a) 断裂和 (b) 损伤的转子叶片照片。涂层剥落及基体氧化的示意图：(c) 显示涂层损伤，(d) 显示氧扩散，(e) 显示亚表面疲劳裂纹，(f) 显示涂层剥落。背散射探测器图像：(g) 内部氧化，(h) 局部剥落，(i) 放大视图。

图8. 风力涡轮机叶片的关键区域及其对应损伤机制，例如坍塌与屈曲、疲劳分层及胶粘剂脱粘（上图）。风力涡轮机叶片取样钻孔过程示例：(a) 高转速切割，(b) 样品提取，(c) 使用圆锯作为导向切割，(d) 使用锯片进行深切割。

图9. (a) 风力涡轮机叶片常见损伤机制，例如分层与脱粘。(b) 风力涡轮机叶片实验装置及传感器布置位置

图 10（a）典型风力发电机叶片中的缝合接头几何构型；（b）T 形梁典型失效机理，包括分层与裂纹；（c）箱形梁典型失效机理，包括分层与纤维断裂

图 11（a）叶片修复区域示意图：例如，区域 1 通常需采用齐平修复，而区域 2 则需兼顾气动弹性性能的修复；（b）不同类型碳纤维增强环氧树脂层合板的断裂行为，包括 I 型与 II 型断裂模式 ；（c）玻璃纤维/环氧树脂风力发电机叶片在过渡区域的最终失效形貌；（d）距吸力侧翼梁帽约 4 米截面处观测到的失效 

图 12（a）叶片梁结构示意图，显示蒙皮脱粘；（b）Brazier 效应，导致复合材料层合板产生横向应力分量；（c）帽状结构挠曲所引发的层间应力导致的失效；（d）帽状结构宏观分层形貌照片 

图 13（a）不同分层缺陷的数值模拟；（b）试样的屈曲行为 ；（c）风力发电机叶片子部件结构，突出显示尾缘区域；（d）尾缘粘接接头的损伤演化过程，展示失效从（a）变形、（b）脱粘发展至（c）断裂的全过程

图 14（a）叶片表面裂纹位置；（b）裂纹附近层合板厚度变化；（c）由偏心引起的弯矩，致使层合板无法在整个厚度方向均匀承载；（d）层合板内裂纹扩展示意图；（e）实际裂纹形貌

图 15（a）浸渍 5000 小时后的四层复合材料试样层间剪切应力结果；（b）未老化与饱和状态下纯树脂的疲劳强度；（c）干燥试样测试后裂纹表面的显微观察：左侧为裂纹沿纤维束扩展，右侧为裂纹表面细节；（d）饱和试样测试后裂纹表面的显微观察，箭头所示为树脂塑性破坏主导

图 18（a）镍基涡轮叶片疲劳试验后形貌。（b）叶片上部位置，显示失效位置。（c）断口表面的三维 SEM 图像。（d）断口表面高度显示一个8 µm 的孔隙。（e）Kitagawa 图，将疲劳强度与微裂纹尺寸关。

图21. FGM制造方法的可能分类方式，包括产品复杂度、梯度控制设备成本、规模化能力及尺寸定制化程度

图22. 新型增材制造涡轮叶片设计示例：(a) 具有复杂内部冷却系统的叶片；(b) 采用选择性激光熔化工艺制造的高压涡轮叶片；(c) 温度分布的有限元分析结果，对比原始常规芯体（右侧）与横向冷却系统（左侧）；(d) 采用立体光刻技术打印的叶片；(e) 叶片内部芯体在横向上的横截面视图。

图23. 传统铸造涡轮叶片示例：(a) 等轴晶组织；(b) 柱状晶组织；(c) 单晶涡轮叶片；(d) 涡轮叶片微观组织梯度设计示例，其中基部具有更高强度，而抗蠕变区域位于其他部位