叶片是潮流能水轮机组的主要获能部件,叶片良好的设计、轻便的质量和稳定的性能对机组正常运行起着重要作用。目前,针对水轮机叶片结构分析设计的研究多是集中在对叶片外形设计、材料铺层设计等方面,对叶片优化也只是限定在翼型优化上,对叶片内部结构优化的研究较少,这样会造成材料浪费,叶片的成本偏高。因此,开展潮流能水轮机叶片结构分析和优化具有重要的工程意义。本文以100kW潮流能水轮机叶片结构为研究对象,采用有限元分析方法对两种不同材料(钢材和复合材料)、不同剖面形式(龙骨梁和箱型梁)的叶片结构进行结构力学性能分析和优化设计,主要完成了以下几个方面的研究工作:1.分析了水轮机叶片结构设计理论,完成了钢制龙骨加主轴(龙骨梁)和箱型复合材料(箱型梁)两种剖面形式叶片的概念设计,设计了相应的细部结构,并在ANSYS Workbench中建立了相应的有限元模型。2.对钢制叶片和复合材料叶片进行了结构分析,主要包括静力分析、模态分析和屈曲分析,研究了叶片结构应力及变形的分布规律、叶片的主要振动形式和叶片屈曲破坏形式及规律,并对比两种剖面形式叶片受力的特征。3.对钢制叶片和复合材料叶片进行优化设计,以质量为目标函数,优化后钢制叶片的质量降低了10.02%,复合材料叶片质量降低了14.02%。进一步对优化后的结构进行静力分析、模态分析和屈曲分析,计算结果表明,钢制叶片和复合材料叶片的强度、刚度及稳定性均满足叶片的设计要求。针对优化后叶片的稳定性较低,对叶片的屈曲敏感性进行了分析,得出影响稳定性最敏感的设计变量。并对最终叶片的结构方案提出建议,为我国百千瓦级潮流能水轮机叶片结构设计提供了参考。