随着风电产业在全球范围内的迅猛发展,风力发电机组的单机容量不断攀升,叶片的尺寸及其重量大幅增加,这对叶片的结构安全性和可靠性提出了更严格的要求。在大量实际运行风电机组中,叶片普遍存在着不同程度的损伤状况,例如前缘磨损、蒙皮褶皱、后面板鼓包、尾缘开裂等。尾缘作为叶片受损敏感的区域之一,在长期疲劳载荷及极限载荷的综合作用下,容易产生结构非线性屈曲变形,致使尾缘结构胶脱粘及后面板分层开裂。因此,部分大型风电叶片采取三腹板的结构布局形式,基于传统的双腹板结构形式,在叶片的最大弦长至叶中位置的尾缘侧额外增设一块抗剪腹板。通过改善该区域结构稳定性的方式,降低后面板复合材料损伤及结构胶失效的风险,但这种方案存在气弹失稳等潜在的安全隐患。为了全面评估第三腹板对叶片结构性能的影响,需要对其内在的作用机制展开深入的探索研究,探寻其各项特征参数与叶片极限载荷大小的规律。此外,还需要提升三腹板风电叶片结构设计的灵活性。基于有限元数值分析理论,在风电叶片局部全局金字塔测试框架下,针对大型风电叶片的第三腹板布局形式展开研究。首先,截取某大型复合材料风电叶片叶中位置处的横截面,根据其几何外形及铺层方案,构建对应的直叶段子构件数值模型,设置合理的边界条件及加载方式。在全周期弯曲方向范围内,分别对传统双腹板叶段和三腹板叶段的抗屈曲性能进行测试。随后,搭建对应的叶段自动化建模框架平台,实现叶段子构件模型的高效批量化处理。之后,选取第三腹板相关的几何及铺层特征变量,进一步对三腹板叶段进行模拟分析。最后,结合叶片传统的梁模型和壳模型各自的优点,利用叶片横截面结构属性计算工具,开发构建了一种适用于全尺寸风电叶片布局设计的混合梁壳结构模型。相关计算结果表明,第三腹板主要在最小摆振方向一侧发挥作用,其显著地遏制了尾缘屈曲波沿展向及周向的扩展,有效地提升了尾缘区域的稳定性及叶段整体的结构完整性。通过载荷位移曲线、表面应力应变分布、复合材料失效模式、尾缘屈曲波波形变化等,综合考察了叶片第三腹板在结构响应过程中的内在作用机理,揭示了尾缘第三腹板对叶片结构特性的影响机制。此外,参数化对比结果显示,第三腹板尾缘距及倾斜角等几何参数对叶段的抗屈曲性能影响较大,而第三腹板总厚度及芯材相对厚度等铺层参数的对性能的提升空间较为有限。最后,在变形位移、应力应变、计算时间等多方面对混合梁壳模型的可行性进行验证和评估。对比结果表明混合梁壳模型具有较高的精确度,同时其求解速度较快,在非线性计算中的优势尤为明显。论文的相关结论可以为超大型风电叶片的第三腹板配置方案提供针对性的设计方法,保证在有效提升叶片结构性能的同时,尽量减小其可能带来的不利影响。此外,混合梁壳模型能够大幅提升叶片设计的效率,具有广阔的工程应用前景,可以为全尺寸三腹板风电叶片的结构设计提供一个灵活高效的优化平台。