风能作为清洁可再生能源,对其开发与利用的问题已成为全球新型能源研究的新热点。风力发电具有显著的环保意义和社会效益,随着国家大力倡导对节能减排政策,国内许多风电场已相继建成并投入使用。风力发电机组属于新型高耸建筑,风机基础作为整个机组的主要成部分,其结构设计一直没有成熟的设计标准,特别地,对其结构形式及受力特性等问题的研究也尚不多见。鉴于风机基础结构的特殊性与重要性,对其进行结构优化设计,研究其受力机理,并对风机基础进行结构健康监测,为基础设计提供理论依据并完善行业标准具有重要意义。传统的风机重力式基础不能较好地发挥岩石地基的力学性能,本文由此提出了新型风机壳式基础的结构形式。风机壳式基础改变了上部荷载在基础中的传递路径,使基底应力分布更加均匀,更加充分地利用了岩体的高承载力,并且其结构形式简单,有效节约了基础混凝土的用量、降低了施工难度。基于压电陶瓷的结构健康监测技术具有对混凝土裂缝敏感、灵敏度高、响应迅速等特点,为了解风机基础实际运行时的状态,本文运用该监测系统对风机基础进行应力监测。本文的主要研究工作如下:(1)总结了风机传统重力式基础在现代风电工程中应用的优势与不足,并针对基础结构存在的问题提出了本文的主要研究内容。(2)根据结构优化设计原理,提出风机壳式基础结构优化的数学模型。结合风机基础常规设计的约束条件,运用网格算法对风机壳式基础底面截面尺寸进行优化设计,为确定合理的基础结构尺寸提供依据。(3)运用大型通用有限元软件ANSYS对风机壳式基础进行静力分析,研究其在设计提出的极限荷载作用下的应力状态,并将结果分别与传统重力式基础的数值计算结果以及壳式基础的常规设计结果进行对比,验证该基础结构的合理性及优越性。(4)采用ANSYS软件对风机壳式基础进行弹塑性分析,即Push-over法,研究壳式基础的破坏机理及破坏模式。(5)利用课题组开发的基于LabVIEW平台的监测系统持续对铁岭风电场的风机基础进行结构健康监测。将实际运行时基础的受力情况与数值计算结果进行对比,验证了有限元分析方法的准确性以及所建立系统的有效性。(6)总结了论文的主要研究工作,归纳了本文的主要结论、创新点及不足之处,对课题的研究方向进行了合理展望。