近年来,风力发电成为绿色新能源发展的主流。大型风力机是一个复杂的柔性多体系统,系统各部件的相互耦合作用和动力学特性已成为学者研究的热点。当前,通过主动或被动控制叶片桨距角以增加或减小迎风面的技术已经趋于成熟,而桨叶长度的主动或被动控制则鲜有人关注。本文对“桨叶长度控制”的伞形风力机的静动态性能进行了分析与研究,并对借鉴植物柔性系统“避风”特性进行结构仿生设计作了初步的探索。在对基于“弹性铰链法”的伞形风力机系统结构动力学理论研究的基础上,采用解析法和实例验证相结合的方法,对转子/塔架系统的挥舞与俯仰稳定性进行了分析。结果表明:有阻尼与无阻尼相比,系统的耦合区增大,系统的振动减缓,但未引起失稳。随后,建立了1.5MW的伞形风力机的有限元模型,分析了输出功率的影响因素和特性曲线,并对其静动态特性进行了研究。静态结果表明:伞形风力机在重力、离心载荷、风压及其组合力工况的作用下,风力机叶片、铰链和塔架各个部件的强度和刚度都在许用范围之内;稳定性分析表明:塔架为柔塔,在正常工作转速下风力机能够安全、稳定运转,从影响系统稳定性的主要因素上来看,在满足强度的条件下,通过减小塔架顶段的半径和厚度增加了塔架的低阶固有频率,这样不仅避免了共振,而且能够节省材料,提高塔架的柔性;瞬态响应结果表明:在阵风激励下伞形风力机各部件的响应呈现周期性变化,叶片、机舱和塔架相互间的连接刚度对部件的响应值会产生很大的影响。根据沿海一类植物王棕的抗风机理,结合伞形风力机与植物在构型和所处应力环境等方面存在的相似性,对植物本身特性进行了研究。首先进行了植物的力学性能实验,获得了植物各个部分的显微结构和力学特征,然后建立了锥形悬臂梁几何模型,分析了不同角度下的强度、刚度特征,结果表明:植物存在一个60°左右的夹角,在该角度范围内,植物的刚度、强度综合性能最佳。最后依据采集的实验样本建立了植物系统的几何模型,分析了该结构的静动力学性能,结果表明:不同的分枝角度承受的变形和应力不一样,叶壳刚度分布对叶柄的变形和应力有很大影响,对系统的固有频率进行分析发现其振型与伞形风力机相似,这对于伞形风力机的结构仿生设计具有重要的借鉴意义。