在环境污染、化石燃料资源有限和风力发电机技术大幅提高的大背景下，风能作为一种清洁可再生能源得到了快速发展。风力发电机在向大型化发展的同时，面临着进一步对叶片优化设计以提高其风能利用率和保证复合材料叶片安全可靠运行的问题。针对这些问题，本文利用计算流体动力学理论对叶片流场进行模拟，并结合流体计算结果，对复合材料叶片进行强度失效分析和叶根附近裂纹扩展研究。通过分析叶片的气动性能及裂纹扩展特性，为风力机叶片优化设计提供了理论依据，同时也为预测复合材料叶片的残余寿命和叶片的可靠运行提供新的分析方法。课题首先采用Wilson风力机叶片优化方法，完成1.5MW风力机多翼型叶片的设计，在建立叶片三维实体模型过程中采用UG NX二次开发技术，并基于滑移网格技术建立流场有限元分析模型。利用流体动力学分析软件CFX对从切入风速到额定风速的九个恒速模型和阵风模型进行分析，描述各个风况下的风力机扭矩和功率输出特点，经过与已知数据对比证明仿真计算结果的准确性。通过计算不同工况下叶片上多个截面处的流场压力、速度和截面上静压，获得叶片表面的压力分布特点，尤其是叶根附近的湍流极端现象，为风力机叶片提高气动性能提供参考。基于流固耦合理论在叶片上施加气动载荷，研究多种载荷综合作用下叶片在不同工况下的拉应力、剪应力和模态振型，发现叶根处剪应力较大并随风速的增加快速增加，叶片在第十阶模态发生共振现象。结合复合材料强度准则，对叶片进行失效分析，发现最易失效位置靠近叶根附近，与现实中叶片断裂失效情况一致。基于数值计算结果，在最易产生断裂失效的位置嵌套裂纹模型，计算不同工况下不同尺寸裂纹的应力强度因子，发现裂纹初始尺寸对裂纹扩展几乎没有影响，但是风速的提高会明显促进裂纹扩展速率，与相关文献中的实验取得一致结果。本课题的研究可为叶片的寿命估计提供参考，也为复合材料可靠性研究提供新的分析方法。