风能是一种清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。在其它不可再生能源日益短缺的今天,利用风力发电无疑成了我们必然的选择。叶片是整个风力发电装置中最为核心、维修率最高的部件之一。目前,世界上极大多说叶片采用玻璃钢/复合材料制造。复合材料叶片的研制成为大型风力发电机的关键技术之一,它涉及到空气动力学、结构动力学、结构试验、复合材料设计等技术领域。复合材料的铺层角度和顺序直接决定了叶片的强度和刚度。基于中轴对复合材料结构的增强机理和设计仿生学的基本原理,本文从仿生物中轴的角度对叶片的铺层角度进行了仿生设计,建立了仿生物中轴风力机叶片模型,对模型进行了数值分析和实验研究,通过与传统设计方法的对比验证了本文所提出的风力机叶片具有较好的综合性能。论文主要内容包括： 1.按照生物中轴对复合材料结构的增强机理,利用仿生设计的方法提出了仿生物中轴铺层的风力机叶片模型。 2.通过大型有限元软件ANSYS的二次开发工具APDL建立了风力机叶片的有限元模型。运用ANSYS进行了单个风力机叶片的静动态数值模拟分析。制作了风力机叶片的实物模型,从实验角度对数值模拟结果进行了验证。 3.运用同样的建模方法建立了一种传统的风力机叶片模型并对其进行了数值模拟分析和试验验证,并且把仿生物中轴风力机叶片分析结果和传统风力机叶片的分析结果进行了对比。研究结果表明,仿生物中轴的风力机叶片比传统的风力机叶片具有更高的疲劳寿命。 4.运用随机有限元法中的蒙特卡罗随机有限元法模拟了随机风载,分析了两种风力机叶片在随机风载下的静态特征。结果表明,仿生物中轴设计的风力机叶片具有较好的承受随机载荷的能力。并从生物自适应原理和叶片的柔性理论对仿生物中轴铺层的风力叶片进行了力学机理探索。