我国风能资源储量丰富,开发利用风能资源进行风力发电具有巨大的发展前景。建设成本作为限制风电发展的关键因素要求合理设计,既要保证设计安全也要防止设计过于保守导致成本过高。当风速超过切出风速后,风机处于停机状态,这要求结构设计时准确估算停机状态下风机响应极值。基于数值仿真软件可进行时程分析确定动力响应极值,但数值仿真计算量大,效率较低,难以适应风机快速、精细选型的设计需求。因此急需高效的风机塔筒响应极值计算方法。本文针对工程中常用的变桨距控制型风机,借鉴建筑结构设计中常采用的频域方法对停机状态下兆瓦级风机在风荷载作用下的极值响应进行研究,提出了快速估算塔筒风致极值响应的半解析方法。本文的主要工作和结论包括:综述了大型风机的极值响应计算方法中时域和频域算法目前的研究现状及存在的问题。从准定常假定出发,明确了变桨距控制型风力机在停机工况下风机叶片截面处风速分解方式;以风振响应随机振动频域分析方法为基础提出了适用于求解变桨距控制型风力机基底弯矩响应的解析方法。该方法通过对叶片截面局部风速分解充分考虑了顺风向、横风向和竖向脉动风速分量对响应方差的贡献。然后基于目前常用的几种不同型号大型风机,通过时域法得到了平均响应、脉动响和极值响应精确解,检验了解析表达式的准确性并针对解析方法存在的问题提出了相应的修正方法。对于平均响应,本文先以5MW风机为例,比较了用数值分析软件Open FAST和基于准定常理论的解析方法计算的塔筒基底弯矩的均值响应,结果表明:随着结构柔性的增加,叶片质量的不均匀分布导致的偏心弯矩发生变化,同时由于既有解析表达式无法准确计算力臂变化,使得两种方法计算结果存在差异。既有解析表达式的均值计算结果总是小于Open FAST计算的响应均值,直接应用既有解析表达式可能偏危险。因此本文通过分析计算结果提出了适用于5MW风机基底弯矩均值既有解析表达式的半经验修正方法,并且通过1.5MW和15MW风机响应计算结果验证了所提出的半解析方法的效果。对于脉动响应,首先通过数值模拟和基于准定常理论的解析方法计算对比了顺风向和横风向的响应功率谱,结果表明:在低于结构自振频率的低频部分,两种方法计算得到的顺风向和横风向响应功率谱均吻合良好;在结构自振频率附近的共振部分,顺风向响应功率谱吻合良好,而横风向响应功率谱差异较大,因此认为横风向气动阻尼的计算不准确是产生误差的主要原因。然后对5MW、10MW和15MW风机进行了数值模拟分析,采用随机减量技术通过数值模拟时程分别识别了三种型号风机在不同风场条件下的气动阻尼,发现气动阻尼几乎不受来流湍流度的变化影响;在轮毂高度处平均风速在25m/s～50m/s间变化时,顺风向气动阻尼识别结果与本文所提解析表达式计算结果吻合良好,而横风向气动阻尼数值趋于一个稳定的常数。分析了气动阻尼解析表达式产生误差的原因,并提出了横风向气动阻尼经验参考值。最后,本文对塔筒极值响应进行了分析,分别研究了风机顺风向基底弯矩和横风向基底弯矩的概率分布特性。阐明了顺风向响应可以偏保守地用高斯过程的峰值因子进行估算,横风向的响应由于受到负气动阻尼的影响呈现出窄带宽与较弱的硬化非高斯特性,导致横风向基底弯矩的峰值因子比高斯过程的略小,偏于保守。因此本文建议在估算横风向基底弯矩极值时考虑负气动阻尼引起的窄带特性的影响。