近年来,我国风力发电事业迅速发展,国内许多风电场工程已相继建成、发电或正在建设,但涉及风电机组安全的风机基础设计还没有成熟的规范可供参考,其设计主要靠借鉴建筑、电力等相关行业的经验。鉴于风机荷载及基础结构的特殊性,研究风机基础受力机理为设计提供理论依据,完善行业标准具有非常重要的意义。本文对风机基础进行了有限元数值模拟及结构优化设计,主要研究内容如下:(1)采用有限元方法对整个风机基础地基结构系统进行数值计算,分析基础结构的受力机理和应力分布特性。在建立有限元三维模型时,考虑风机荷载传递方式,金属环与混凝土之间和基础与地基之间的非线性接触,以及离散的钢筋模型,分别采用线性材料和非线性材料模型进行计算。分析结果显示,常规设计的风机基础结构整体安全,但在极端荷载工况下存在局部破坏的危险。(2)针对风机基础结构设计中存在的问题,研究了金属环和结构截面尺寸对基础受力的影响。考虑金属环不同型式、不同厚度、不同埋深,对风机基础模型进行大量数值计算,分析变形应力、荷载分配、裂缝分布规律,提出相应的设计建议。同时,研究台柱型式基础上阶高度和宽度对基础受力的影响,为确定合理的结构尺寸提供依据。(3)根据结构优化设计原理,提出风机基础结构优化数学模型,结合常规设计约束条件及数值计算的研究成果,运用序列二次规划(SQP)优化方法和遗传算法,实现了优化设计的程序化。通过计算实例说明,该优化程序具有很好的可靠性和推广性。