现代大型风力机处于贴近地表的大气边界层流场内,大气边界层中的非均匀、非定常流动直接影响着风力机的发电质量,同时对风力机叶片稳定性、安全性都有很重要的影响。这其中两个关键的物理过程对风力机安全性至关重要,一是大气边界层造成的风力机非定常载荷,即大气边界层对风力机流场的干扰;另一个是大型风力机叶片的振动问题。因此本文针对这两个问题展开了实验及数值模拟研究。本文采用了实验及数值模拟的方法,对不同大气边界层工况条件下,下游钝体绕流的气动响应问题进行了研究。另外,本文针对三类典型的风力机内部结构进行了一阶固有频率及应力刚化效应的研究,以此来寻求既能避免共振又能更好增加刚度性能的叶片内部结构。本文具体完成了以下几个方面的工作:1、通过在风洞内铺设粗糙元和尖劈来模拟大气边界层,测量结果表明,这种近地干扰装置,能初步仿真出相关地形近地面大气边界层的速度分布及湍流状态。2、在上述边界层的下游放置钝体(方柱)来模拟风力机,以此来模拟大气边界层对下游风力机绕流影响。通过对干扰条件下的速度场及湍流强度分析,得到了不同大气边界层工况对速度和湍流强度分布的影响规律。3、通过对速度脉动数据的分析,分别研究了8种工况的泰勒微尺度和湍流耗散率,总结了工况间湍流耗散率差别的原因。4、采用计算流体力学的方法,对上述实验进行了计算。数值模拟的速度分布与实验值的分布基本一致。5、本文还研究了复合材料不同铺层角度风力机叶片固有频率的影响,同时对比分析了不同叶片内部结构对应力刚化特性的影响。本文主要采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了影响风力机叶片安全性的两个重要问题,一是流场干扰问题,由大气边界层带来的气动载荷波动;二是叶片的振动问题,受内部结构及复合材料铺层的影响。前一个问题涉及非定常、非均匀及互相干扰的高湍流流动,后一个问题涉及复合材料、应力刚化等问题。因为实验条件、研究时间及研究者能力有限,本文仅能够开展一些初步的研究和分析工作,同时文中出现的错误、不当之处,还请读者谅解。