叶片在来流载荷作用下,其变形量沿展向逐渐增大,在叶尖处达到最大。风力机叶片细长化发展使得叶尖在运行过程中更容易与塔筒发生碰撞;虽然预弯的叶片能在额定风速下能达到理想的气动性能,减少功率损失,但仅在额定风速下能维持良好的气动外形,适应的风速范围较窄。通过对叶片腹板结构进行研究和优化,专家们提出了一些新的腹板结构,其中包括:三腹板、圆形腹板、仿生学叶脉腹板等,但这些腹板结构在实际加工时难度较大,且对叶片自重影响较大。工字梁结构具有突出的力学性能和简单的结构形式,提高结构抗弯能力的同时便于加工,因此,本文在预弯叶片的腹板结构的基础上,设计了1.5MW工字梁双腹板预弯叶片,采用数值模拟计算、有限元分析与理论分析相结合的方法,对工字梁腹板和主梁的受力形式、抗弯机理进行了研究;对不同叶片形变量、应力分布进行了对比分析。本文通过剖析叶片的受力特性,将叶片二维翼型截面模型等效为工字梁结构数学模型;建立一种工字梁腹板结构叶片有限元模型,共设置了6支不同叶片的对照组;对6支叶片分别进行了模态分析和静力学分析,最终得出其固有频率、叶片形变量、叶片质量等相关数据。模态分析显示,在腹板上距压力主梁40%L（L为翼型截面上腹板的长度）处铺设工字梁腹板的叶片比原叶片一阶频率最大下降了3.25%,一阶最大相对位移下降了2.32%,质量增加了约110kg;静力学分析显示,40%L处铺设工字梁腹板的叶片叶尖形变量比原叶片降低了6.38%,抗弯性能更好;并且,所有叶片的最大应变区均在距叶根60%L-70%L处,这说明叶片的弯曲导致了叶片在最大应变区发生了极大的挤压变形。以上结果表明,在1.5MW预弯叶片上下腹板间设置工字板能有效降低叶尖变形量和振动频率;能有效支撑上下腹板,加强腹板抗剪切能力,保持主梁相对位置稳定,提高叶片抗弯能力,且工字板铺设在40%L处效果最佳。为进一步研究腹板厚度对叶片形变量的影响,探究腹板与主梁之间的相互作用,本文单独建立了“主梁-腹板箱体”模型,以腹板厚度参数为变量设置了8个对照组,对比分析了简化“主梁-腹板箱体模型”在相同静载荷下不同结构的形变量、最大应力、最大应变,研究其发生的区域和发生机理,进而研究腹板在结构中对主梁起的作用。腹板受力分析表明,上下腹板厚度增加对“箱体-腹板箱体结构”抗弯性能有较大提升,叶片上下腹板加厚了夹芯层,形变量较1号（初始箱体机构）下降了9.86%,这是因为PVC材料在结构弯曲过程中起到支撑前后主梁、传递剪切力的作用。工字梁板加厚后结构的形变量较1号下降了19.60%,当工字梁板太薄时,对结构稳定性影响较小,说明一定厚度的工字梁板对箱体结构的稳定性起到重要作用,这是因为加厚的工字梁板一方面连接上下腹板,构成“工”字梁结构,限制了上下腹板在X方向的相对位移,使上下腹板形状得以保持,降低了腹板与主梁之间的挤压变形程度。为对结构自重进行优化,对部分腹板进行了删减优化,数据表明,只将工字梁板铺设在叶片60%R-75%R“危险区”的箱体结构,其叶片最大形变量较1号下降了18.22%,证明工字梁板在危险区铺设相比整体铺设差距很小,但质量更轻。删除叶根腹板后,箱体结构形变量较原叶片急剧增大,表示叶根腹板的缺失导致结构抗弯性能急剧下降,叶根处腹板对叶片整体稳定性有不可忽视的作用。对主梁的受力分析表明,“主梁-腹板箱体结构”存在“短板效应”,若某一主梁处于未完全受力状态下,而由另一主梁承担更多压力,则叶片必产生较大形变量,因此腹板在传递主梁之间的相互作用力的过程中扮演重要角色;改变吸力主梁铺层角参数比例可提升其抗弯性能,提高了45°铺层角占比,降低了结构变形量,提高了吸力主梁抗压弯变形能力,降幅达11.47%,效果显著,进一步证实了主梁之间“短板效应”的存在。本文利用一种新型的工字梁腹板结构对1.5MW风力机叶片进行优化,提升了叶片抗弯能力,有效减少了叶片形变量;分析了工字梁腹板的抗弯机理,阐释了压力主梁和吸力主梁之间的“短板效应”现象,进一步优化了主梁结构;为进一步提升叶片结构性能的研究提供了思路和参考。