风能作为一种无污染、可再生、能量大且前景广阔的能源,已经引起了世界各国的重视及利用。叶片作为风力机的力源,其结构和受力相当复杂,是风电系统中最容易出现故障的部位,因此叶片的选材、设计、健康监测及检测被视为风力发电设备性能和安全运行的关键。叶片的冲击应力分析可以清晰明确地体现出叶片结构中各区域抗冲击能力的强弱以及每个区域受到冲击时的应力分布,从而为叶片的结构设计、各部位材料的铺层设计提供重要的参考依据;而且通过应力分析可以更加准确地把握健康监测的部位,为传感器的布置提供重要的理论依据;另外,通过对含预裂纹叶片的冲击特性以及裂纹的扩展方式研究,为叶片的检测以及裂纹的修补提供重要的参考价值。基于现有的风力发电机叶片设计基础理论,论文分析了风电叶片气动参数、结构参数的构成,探讨了叶片材料和构造形式的选择,研究了叶片初始结构设计的理论方法。论文基于风电叶片的材料进行了冰雹冲击模拟仿真,分析了平板承受冰雹冲击时的应力特性以及应力波的传播特性,并通过不同材料的冲击仿真对比,研究了与材料无关的应力特性;应用控制变量法研究了冲击过程中对应力造成影响的主要因素。运用叶片初始结构设计方法对叶片进行了初始结构设计,建立了叶片的三维模型及其有限元模型,基于叶片上结构不同的位置进行了冰雹冲击仿真模拟,详细分析了叶片结构对应力特性的影响,以及各区域位置上应力及应力波传播的特性,对比了不同结构位置上所体现的应力特性差异及其抗冲击能力的强弱。研究了裂纹的产生及扩展机理,建立了含预裂纹叶片的有限元模型,分析对比了冰雹冲击预裂纹叶片与无损叶片的应力特性差异,以及冰雹冲击裂纹附近不同方位不同角度位置时应力特性的差异,并详细论述了裂纹的扩展趋势。