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。本文以风力机叶片为研究对象,在叶片的程序化设计、CAD系统开发、三维实体造型和动力学分析等方面进行了研究。(1)在深入研究风轮基本参数和基本理论的基础上,根据Wilson法的设计流程,采用MATLAB语言,编制了风力机叶片气动外形设计和静态气动性能计算的应用程序,实现了叶片的程序化设计。(2)以上述叶片外形设计和性能计算的MATLAB应用程序为核心,利用VB设计界面,采用ACCESS作为数据库,开发了风力机叶片CAD系统——VCAD,实现了叶片设计的自动化和可视化,并以400W风力机叶片的设计实例验证了系统的可行性。(3)基于点坐标几何变换的基本原理,利用VCAD系统的设计结果,求出了叶片各截面在空间实际位置的三维坐标,根据自下而上的三维造型理论完成了20kW风力机叶片的精确造型。(4)通过Pro/E和ANSYS接口,将叶片实体模型导入ANSYS,完成了叶片的有限元模态分析,分别求出了叶片在静止时和额定转速时的前十阶固有频率、振型图及相对应力云图。通过研究叶片模态分析的振动、变形和受力特点,再综合考虑叶片实际应用情况,初步推断出振动是导致叶片断裂的主要原因。