近年来，我国风力发电产业取得了快速发展，风力发电机组也逐步向大型化方向发展，风电行业竞争日益激烈，这对我国风力发电机组系统的设计水平和制造能力提出了更为高难的要求。为了降低风电机组的成本同时又能保证整个风机零部件的安全可靠性，就需要运用新颖的、有效的设计方法和技术进行设计分析。塔筒是风力发电机组重要的承载部件之一，而法兰连接系统又是连接主机架和各段塔筒的重要部件，因此连接的可靠性和安全性对整个风电机组的正常运行有着不可估量的作用。在风机运行过程中，风轮将吸收的风能转化为机械能并通过主轴一部分传递给发电机，另外一部分通过主机架传递给塔顶法兰系统，进而传递到塔筒上。法兰连接系统所承受的载荷是复杂多变的动载荷，在这些载荷作用下，系统各个部件可能会发生屈服或者疲劳破坏，所以论文重点运用非线性接触理论、强度理论和疲劳分析理论，以德国劳埃德船级社（GL）风力发电机组认证规范为依据，对塔筒法兰连接系统结构的强度和疲劳寿命做了详细的研究。论文的研究方法为风力发电机组塔筒法兰连接系统的设计与研发提供了技术参考，具有工程实用价值。论文完成的主要研究工作有：①偏航轴承在传递载荷过程中具有很强的非线性，因此以非线性接触有限元分析理论为基础,根据塔顶法兰系统的结构和受载特点，用有限元法对极限工况承载下的偏航轴承和塔顶法兰细节进行静强度分析。同时建立了两种有限元模型分析了机架结构刚度对塔顶法兰各连接部件的强度影响。②根据疲劳累计损伤理论，建立塔顶法兰疲劳分析模型，应用有限元方法计算塔顶法兰疲劳应力，运用雨流计数法仿真得到的疲劳载荷谱，通过对材料S-N曲线的修正，计算出塔顶法兰在设计工作年限的疲劳损伤。③法兰连接强度分析。运用Petersen方法失效机制和有限元分析方法分别对法兰螺栓连接强度进行了分析计算，并对两种算法结果进行对比分析，为法兰螺栓连接校核提供了计算依据。④对法兰连接螺栓进行了疲劳分析。根据法兰高强度连接螺栓的受力特点，运用基于Petersen方法的Schmidt-Neuper方法并结合Palmgren-Miner线性累计损伤理论来计算法兰连接螺栓在允许寿命内的疲劳损伤。