风力发电是目前最具规模化开发条件和商业化发展前景的可再生能源发电方式。风轮将风的动能转换为机械能,是风力机的核心部件;风轮由叶片和轮毂组成,其中叶片决定了风能的转换效率,是风轮的关键部件。为了达到最佳气动性能,叶片具有复杂的气动外形,其截面形状复杂,并且在翼展方向存在扭角和渐缩的弦长,构成了复杂的扭曲曲面。这使得叶片设计理论深刻、步骤繁琐、计算量大,实体建模存在较大困难。为了防止叶片发生共振导致疲劳破坏,要求叶片的固有频率远离其激振频率,因此有必要对叶片进行动力学和振动特性分析。通过对不同展向上翼型的相对厚度、弦长等外形参数的优化计算,得到了能使功率利用系数Cp值达到预定目标的气动优化设计结果;考虑结构和制造工艺性要求,修正了气动外形。并对优化后的叶片进行了载荷计算,使叶根载荷得到了降低,并对其进行强度分析。论文的主要内容如下:综合考虑叶片气动性能和载荷情况,即除要保证风力机叶片有良好的气动外形之外,还要兼顾稳定性和结构强度等性能指标,对叶片的整体性能进行多目标优化。叶片的优化设计,是以叶片各展向截面的相对厚度、弦长和扭角为设计变量,建立了多目标优化的数学模型。基于遗传算法思想并利用MATLAB软件,实现了叶片的多目标优化设计。同时,采用该方法对1.5MW风力机叶片进行了优化设计,并与已运行的某商用机型做出对比,以验证该方法的有效性。基于GL坐标系,计算了风力机稳态下的气动力、重力、离心力;以1.5MW水平轴风力机的叶片为例,借助于Bladed for Windows软件,计算了叶片上关键截面处的载荷。并找出根部的最大载荷,在ANSYS软件中进行有限元分析,得出此载荷作用下的变形图及应力云图。安全系数确定后,对其进行静强度校核。根据IEC61400-1标准,拟定了1.5MW水平轴风力机运行的各种工况,分别计算出各工况下的载荷,在Bladed for Windows软件的后处理模块中提取出最大载荷及其所对应的工况,可据此对风力机叶片的强度进行校核。