近年来,全球生态环境面临越来越严重的破坏,各国开始大力提倡使用风能这种绿色清洁能源,随着风电产业的不断发展,风力发电机组的故障问题也将随之而来,风力机叶片是风力发电机组的关键部件且价格昂贵,制造成本较高。叶片在运行过程中所处环境恶劣且工况复杂,由于长时间受到循环载荷的作用,导致材料退化和疲劳而萌发裂纹;若不及时修复,裂纹会迅速扩展而产生旋转不平衡,从而可能引起整个塔架的倒塌,造成重大安全事故。因此,本文以大型风力机叶片为研究对象,基于叶片有限元模型,针对叶片横向缺口裂纹诊断的问题,结合模型仿真计算和试验测试,对叶片单裂纹的定位、程度识别和多裂纹的定位、程度识别方法进行了相关研究和实验验证。主要研究结论如下:1、建立叶片三维有限元模型,并对其进行模态分析,研究裂纹位置、程度对叶片固有频率的影响,得到叶片的固有频率随着裂纹程度的增加而降低,同时随着裂纹距离叶片根部越远而固有频率减小;通过对比裂纹位置、程度对固有频率的影响发现,裂纹位置对固有频率的影响最大。2、基于裂纹引起的叶片任意两阶固有频率变化之比只与损伤位置有关的性质,提出了基于任意两阶固有频率变化比的裂纹位置参数,通过数值仿真计算,建立裂纹位置参数数据库,提出裂纹定位参数及裂纹定位准则,实现了叶片裂纹所属区间定位;同时,研究叶片裂纹定位参数在裂纹区间内的变化规律,建立了裂纹定位参数与区间相对位置间的映射关系,实现了叶片裂纹区间内的精确定位。通过叶片模型的数值仿真分析验证了该方法的有效性,定位精度较高。通过悬臂空心管进行了相关裂纹定位试验,试验结果验证了单裂纹定位方法的有效性,且定位精度同样较高。3、基于完好叶片与裂纹叶片一阶固有频率变化量的平方与一阶固有频率之比只与损伤程度相关的性质,建立了叶片不同裂纹位置下裂纹损伤程度函数模型,实现叶片裂纹损伤程度的识别。通过叶片模型的数值仿真分析验证了该方法的有效性,识别精度较高。通过悬臂空心管进行了相关裂纹程度识别试验,试验结果验证了单裂纹程度的识别方法的有效性,且程度识别精度同样较高。4、针对叶片常常含有多裂纹的情况,基于叶片的的固有频率和振型函数,提出了灵敏度方阵法与单元细分法相结合的一种多裂纹识别方法。首先,在选用的叶片固有频率阶数与叶片划分的单元个数相等的情况下,计算叶片的灵敏度方阵,同时计算含多裂纹叶片的固有频率,求解灵敏度方阵方程,确定含裂纹单元,并结合单元细分法缩小裂纹所在区域;其次,基于归零逆求法,得到仅含单裂纹情况下的固有频率参数,将叶片多裂纹问题转化为多个不相关的单裂纹问题,即依次得到多组单裂纹叶片的固有频率参数;最后根据叶片单裂纹定位与程度识别方法,在最小子单元内进一步定位单裂纹,并识别裂纹程度,最终实现叶片多裂纹的诊断。基于等截面悬臂梁数值仿真分析及试验验证了提出的多裂纹诊断方法的有效性,且精度较好。