风力机叶片全尺度疲劳测试是其结构可靠性的重要保障。多年来,国内外科学家通过研究等效损伤理论、研制测试设备以及制定测试标准等,逐渐规范了全尺度疲劳测试体系。然而,当前的测试体系尚不具备在大展向测试区域内准确设计测试载荷的能力。因此,本文以大型风力机叶片的共振疲劳测试为研究对象,以实现高效准确的测试载荷设计为技术目标,从优化算法的工程应用、载荷分布设计方法、载荷计算方法三个方面展开研究。首先,开展了测试载荷设计的优化算法应用研究。通过分析配重变量影响测试载荷的规律,指出测试载荷设计为单一变量规律简单的多变量优化问题,适合选用粒子群算法进行优化计算。进一步,根据疲劳测试的工程实际特征化设计了算法的变量模块与目标函数模块,建立了测试载荷优化设计方法和计算平台。算例结果表明,此方法可以快速寻到定义域中的最优解,得到符合要求的测试载荷。同时也发现,仅依靠优化布置配重无法设计得到低误差的摆振测试载荷。为了实现低误差的摆振载荷设计和双自由度载荷设计,从设计目标和设计原理两个角度研究了测试载荷分布的设计方法。从目标角度,通过分析风力机叶片的气动外型和密度分布,定性推导出挥舞和摆振目标弯矩的展向分布特征。并通过对比叶片自身弯矩分布,指出两自由度测试载荷的不同设计需求。从原理角度,通过分别研究布置配重和裁剪叶片对叶片结构和共振特性的作用原理,指出布置配重方法调整载荷分布的能力与当地位移幅值呈正比,裁剪叶片方法提高测试弯矩整体斜率的能力与裁剪长度呈正比。综合两个角度的研究,一方面发现摆振设计误差往往较大的原因是布置配重调整近叶根段载荷的能力差;另一方面说明只有综合使用两种方法才能准确设计测试载荷。因此,在测试载荷优化设计中对布置配重和裁剪叶片进行结合应用。首先,通过扩展变量维度的方式在优化设计中简单叠加两种方法。算例结果表明,简单叠加两方法可以在一定程度上同时提高设计准确度和测试效率,但不能实现低误差摆振载荷设计及双自由度载荷设计。于是,以两自由度的载荷设计需求和两种方法的作用原理为指导,提出了双自由度测试与摆振补偿测试相结合的二步测试法。算例结果表明,相较于通用的测试方法,二步测试法可降低50%以上的载荷误差,但测试周期介于单自由度与双自由度通用测试方法之间。除此之外,为了提高优化设计效率,分析了测试弯矩分布的几何特征所对应的物理意义,在忽略振型变化的前提下推导得到高效的几何计算方法,并将其应用到优化设计中。算例结果表明,由于布置配重对共振特性的影响小,几何计算方法可以较为准确地计算布置配重下的叶片测试弯矩,几何计算结果与有限元计算结果相差15%以下,以此为计算基础的几何优化方法可以在基本满足设计准确度的前提下将设计时间缩短十数倍。而由于裁剪叶片对共振特性的影响较大,几何计算方法和几何优化方法无法准确计算和设计布置配重和裁剪叶片共同作用下的叶片测试弯矩。为了提高优化设计的准确度,对比了叶片振动方向与目标载荷方向,发现二者的差别会导致变幅的双自由度测试载荷。为了方便与等幅目标弯矩对比,根据坐标变换和等效损伤理论推导了“等效测试弯矩”的表达式。然后通过合理使用梁壳模型,将等效测试弯矩应用于改进双自由度测试载荷优化设计。算例结果表明,等效测试弯矩可以准确预测双自由度耦合载荷作用下的叶片损伤,以此为计算基础的改进优化设计结果可以避免损伤不充分问题。综上所述,作者在本论文中阐明了测试载荷设计的优化问题特征,明确了两自由度测试载荷的设计需求,提出了科学搭配布置配重和裁剪叶片的测试设计方法,推导了高效的单自由度测试弯矩计算方法和准确的双自由度测试弯矩计算方法。通过结合上述研究,实现了在大展向测试范围准确高效设计测试载荷的研究目标。