风能是可再生的清洁能源,风力发电是缓解能源紧张和环境压力的重要手段。目前在风力发电机组设计的主要技术上,我国尚处于较低的水平,尤其是对于垂直轴风力发电机组而言,由于缺乏足够的工程实践可供借鉴,也没有成熟的规范可供参考,其设计仍然停留在传统结构形式。本文运用空气动力学、结构力学等理论知识,重点研究了达里厄型垂直轴风力发电机结构设计方法,并将CAD/CAE技术成功运用到样机设计阶段,有效的缩短了设计的周期。达里厄型垂直轴风力发电机风轮结构属于高柔性复杂非线性结构系统,结构可靠性是机组的重要性能指标。本文开展的主要工作如下:垂直轴风力机结构设计方法探索,其中重点研究了风力机结构设计流程、布置方案和叶片型线计算方法;运用CAD/CAE技术重点研究了风轮的动态特性、静态特性、疲劳特性、稳定性等可靠性指标。动态特性研究表明,风力机结构在随机风载荷和周期性空气动力载荷作用下具有可靠的动态特性,重点分析了结构在冲击载荷激励下系统的有阻尼自由振动特性、随机风载作用下系统的风振响应特性以及系统的非线性振动特性。静态特性研究表明,风力机在各工况下具有良好的结构强度,特别是使用了Troposkien型线的风轮叶片结构,叶片内部应力水平始终保持稳定,在运行过程中不会受到离心力作用的影响,也不会由于应力集中而造成疲劳破坏。基于风轮结构的动、静态特性研究的基础,完成了风轮结构的部件详细设计、疲劳分析和结构稳定性分析。研究分析的结果表明,该结构能够达到国家标准规定使用寿命期间不发生失效,结构具有很高的可靠性。本文提出的关于垂直轴风力发电机风轮的结构设计、强度分析和可靠性分析的研究工作,思路和方法具有较大的通用性和工程实践价值。