随着风力发电机组叶片尺寸的增大,其柔度、质量和受到的载荷也相应增大。采用弯扭耦合设计的叶片在风载荷作用下,弯曲的同时产生扭转变形,从而改变叶片攻角,降低叶片承受的气动载荷。本文通过数值计算方法对叶片的弯扭耦合特性进行了分析,并在此基础上降低叶片质量,这对实现风机大型化和降低发电成本具有重要意义。主要研究内容及取得的结果如下:(1)在hGAST仿真平台中对风机进行非线性时域气动弹性模拟。在多体动力学框架下建立了风机的整体模型。基于叶素动量理论计算得到弯扭耦合叶片的气动载荷。根据IEC61400标准对风机载荷工况的定义,计算叶根部位的极限载荷,为接下来做叶片轻量化设计做准备。(2)大型风力机叶片的截面和材料铺层情况复杂,本文采用参数化设计语言APDL自底向上的建立了DTU 10 MW风力机叶片的详细三维有限元模型,提高了建模速度且可以更好的对其结构变形和应力分布进行模拟。最后通过质量和模态比较验证了模型的有效性。(3)通过改变梁帽的纤维铺层角度使叶片具有弯扭耦合特性。在额定工况下,设定叶尖扭转角度在2度到6度以0.5度的间隔变化,通过改变铺层角度和耦合区域的组合,得到设定的叶尖扭转角度,对叶片的弯扭耦合进行评估。(4)在保证叶片强度的前提下,降低弯扭耦合叶片材料铺层厚度,并观察应力的变化,从而实现叶片质量和发电成本的降低。当5度铺层和10度铺层叶片的材料铺层厚度分别降低5%和9%时,应力曲线与非弯扭耦合叶片的应力曲线拟合较好,相应的,叶片质量也分别下降了5%和9%。对减材后的叶片进行了极限强度校核和模态校核,以确保减材后的叶片满足极限强度要求且不会发生共振事故。本文的研究对大型风力机的减载荷,轻量化设计具有现实指导意义,并为实现叶片的大型化提供了可能性。