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叶片是风力机的核心部件,随着风力机向大型化发展,兆瓦级风力机叶片对可靠性和质量都提出了更高的要求,传统的叶片设计方法往往将气动设计和结构设计分离开来,在设计时注重保证风能效率的最大化,使得叶片质量较大,从而导致了较高的风能成本。另一方面,随着新型材料以及新型制造工艺的发展,传统的安全系数法的可能过于保守或者不安全。基于多学科可靠性优化设计方法,本文提出综合考虑气动性能与结构强度,在保证可靠性的同时降低风能成本。本文的主要工作和成果如下：(1)基于气动性能的叶片气动外形优化设计,首先设计叶片的基本参数,包括尖速比、翼型等,并计算获得翼型的气动数据,然后利用叶素动量理论,对弦长和扭角进行优化设计,初始叶片额定功率达2.65MW。(2)基于结构强度的风力机叶片优化设计,首先选择叶片结构形式和材料,然后基于安全系数法,建立优化设计模型,对0。玻璃钢铺层厚度进行优化设计。设计结果显示叶片厚度和质量分布符合实际情况且挠度比较小。(3)基于一次二阶矩法,建立了叶片弯曲应力可靠性计算方法,探索了材料性能对可靠性的影响程度,结果发现材料强度的变异系数对可靠性影响最大。在此基础上建立叶片可靠性优化设计模型,再次对初始叶片的0。玻璃钢铺层厚度进行优化设计,设计结果与基于安全系数法的设计结果吻合。(4)基于XFOIL翼型气动分析软件和BEM理论,建立了由翼型相对厚度计算获得额定功率的数学模型,为多学科可靠性优化设计模型做了准备。(5)研究了叶片气动性能和叶片质量的耦合关系,叶片内圈的额定功率随翼型相对厚度先增加后减小,当25%翼展处的翼型相对厚度为0.246时额定功率最大,叶片质量则随翼型相对厚度增大而减小。(6)分别以风能效率最大化、风能效率成本最小和叶片质量最小为设计目标,建立了基于多学科可靠性优化设计模型,对叶片翼型相对厚度和0。玻璃钢铺层厚度进行优化设计,优化结果表明适当牺牲叶片风能效率,可大幅减轻叶片的质量,从而降低风能成本。