近年来,“能源危机”越来越引起人们的重视,能源短缺使得可再生能源得到空前发展。“绿色能源”之风已吹遍全球,风能作为取之不尽用之不竭的可再生能源在近几年得到了迅速发展,世界上不少国家都把开发利用风能作为一项能源政策。我国作为能源消费大国,近年来风电行业因政府的大力支持而得到快速发展,但我国的风电技术与风电发达国家相比差距很大,MW级以上风电设备设计技术基本依赖进口,作为风电机组关键部件之一的叶片尤其如此。因此,加快风电技术国产化,提高我国风电技术水平成为当务之急,本文在北京玻钢院复合材料有限公司和国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAA01A09)支持下,根据现有进口叶片,着重对大型水平轴风机叶片进行结构分析和优化设计进行了研究,取得了如下成果:1.利用动量—叶素理论建立了较为完善的风轮叶片气动性能分析模型,将叶尖损失和轮毂损失修正系数引入动量—理论,使得轴向诱导因子和周向诱导因子的在计算中更加精确,研究了风剪切和偏航对风力机气动性能的影响;建立风力机坐标系,研究风力机的数学模型,包括工况模型和风力机模型,以及各种载荷的计算,包括空气动力载荷、重力和离心力载荷、惯性载荷和操纵载荷等,为叶片的结构分析和优化设计奠定基础;2.根据叶片结构分析的有限元理论,利用大型通用有限元软件ANSYS建立叶片的实体模型,采用壳单元SHELL91和SHELL99对模型进行离散化,建立叶片的有限元模型,对建好的有限元模型施加工况条件,进行结构分析,主要包括强度分析、模态分析和稳定性分析等,完成了一整套利用有限元软件对大型叶片进行校核分析的方法,摸索出了具有复杂气动外形和内部铺层结构的复合材料叶片建模的有效方法;3.根据结构分析结果,对叶片的铺层结构进行优化设计,利用ANSYS进行反复分析校核,确定最终铺层方案,并在结构性能上对优化后的叶片结构进行分析,结果证明了优化后的叶片不仅在性能上具有优越性,而且简化了成型工艺,降低了制造难度,这说明该优化方案基本上合理可行,并具有一定的适用性。