随着人类社会进入21世纪和经济的飞速发展,世界各国都面临着人口、资源、环境的重大压力。为缓解能源紧张形势,能源结构开始经历第三次大的变革,即从煤炭、石油、天然气为主的能源系统,开始转向为以可再生能源为基础的可持续发展的能源系统,开发利用可再生能源始终是各国政府和科研人员研究、关注的焦点。风能是一项取之不尽,用之不竭的可再生资源。随着人民生活水平不断提高,对电力需求不断增长,风力发电可以满足不同地区的要求,专家们预测,在21世纪,风能将占能源结构的10%以上,其中风能发电总量将达到全世界发电总量的15%以上。与水平轴风力机相比,垂直轴风力机具有设计方法先进、风能利用率高、起动风速低、无噪声等众多等优点。因此,相对于传统的水平轴风力发电机,垂直轴风力发电机具有更加广阔的市场应用前景。本文针对垂直轴风力机主轴的结构特点,选取主轴每段壁厚为设计变量,考虑主轴在风载荷作用下的强度,稳定性要求和尺寸界限要求,以主轴重量最轻和提高主轴低阶固有频率为目标函数,建立优化模型对主轴进行结构优化计算。根据《高耸结构设计规范》的要求,计算风力机结构承受的风载荷,并建立风力机有限元模型进行静力稳定性分析。本文对某垂直轴风力机结构进行了动态分析,应用Lanczos法求解动态方程获得风机整机及叶片的模态参数——固有频率和振型。根据风机在不同转速下的结构固有频率绘制Campbell图,通过分析Campbell图确定风机容易发生共振的区域,尽量避免共振现象的发生。并计算了风机的临界转速,以判断风机工作状态是否安全。纤绳是垂直轴风力机的一个非常重要的部件。本文还研究了纤绳参数改变对风机结构性能的影响,以得出纤绳面积,倾角,预紧力的合适取值。在现代大型风力机设计中疲劳问题越来越突出,本文重点分析了疲劳分析的方法。疲劳分析的最终目的是疲劳寿命估计,本文采用了基于风力机载荷谱和线性累积损伤法则的叶片疲劳寿命估计算法,对某风力机组叶片进行了疲劳分析。