风能作为一种可再生的绿色清洁能源,在调整能源整体结构、减少环境污染、解决石化能源短缺等方面有着重要的意义。21世纪以来随着风电技术的持续发展,叶片趋于大型化发展的态势明显。风电叶片在实际运行过程中受气动载荷、惯性载荷及重力载荷等共同作用影响,使得叶片极易发生失稳甚至造成断裂失效,给国家和社会造成一定的经济损失。针对甘肃河西地区风资源环境特点,建立了叶片的区域化风载荷模型,深入探讨了覆冰与未覆冰工况下叶片的受载情况及叶片产生失稳的机理等问题,为研究区域化叶片结构提供了理论参考。本研究的主要研究内容和已获得的研究成果如下:(1)河西地区风模型的建立及叶片在覆冰与未覆冰工况下叶片载荷的计算。针对河西地区典型的风资源特点,建立了相应的风速模型和覆冰工况下叶片的覆冰模型,在考虑湍流和垂直风剪切的影响下,探讨了覆冰和未覆冰工况下叶片的稳态和动态载荷变化规律及叶片的振动。结果表明:覆冰导致叶片所受载荷增大,振动频率降低,该结果为叶片的优化设计与叶片的结构强度校核具有一定的理论指导意义。(2)1.5MW叶片有限元模型的建立及其静力响应特性分析研究。基于等刚度设计法与卡皮特曲线设计法对叶片进行了复合材料的初始实际铺层设计,结合有限元平台建立了完整的叶片有限单元模型,载荷加载时采用刚性耦合加载方式,通过静力分析给出了额定风速下叶片的应力应变云图,进而验证所建有限元模型的合理性,为进一步研究叶片的稳定性奠定了基础性工作。(3)叶片的预应力模态和稳定性计算方法的研究。预应力效应下,采用分块Lanczos法,计算分析了叶片的固有振型和频率,探讨了额定风速下叶片的振动特性,分析了预应力效应对叶片振动特性的影响及叶轮转速对叶片频率的影响变化规律。基于静力分析结果,数值模拟仿真研究了叶片的稳定性特性,结果表明额定风速下叶片不会发生整体失稳现象,满足整体稳定性要求。但随载荷的逐渐增大,叶片最大弦长截面处可能发生局部失稳,这一研究结果为解决区域化叶片的优化设计提供了参考,并为工程应用方面奠定了相应的基础。