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风能是可再生能源中发展最快的清洁能源，也是最具有大规模开发和商业化发展前景的可再生能源。积极发展可再生能源，对增加能源供应，调整能源结构，缓解环境污染，保障能源安全，促进经济发展，建设和谐社会都起到重要的作用。
轮毂是将叶片和叶片组固定到转动轴上的装置，轮毂和叶片组之间通过变桨轴承连接，和主传动轴之间通过法兰连接。它将风轮的力和力矩传递到主传动机构，是风能与动能之间的能量转化系统。风机叶片旋转时会产生气动载荷，同时其惯性力、离心力和重力都会通过叶片根部传递至轮毂，加之其自身的重力和结构复杂性，在各种静载荷和交变载荷的作用下，轮毂与叶片，与法兰的连接处很容易引起应力集中和疲劳破坏。另外，轮毂连接风机主轴，其重量产生的弯矩通过主轴作用于塔筒，对塔筒的强度和寿命有很重要的影响。因此轮毂作为风电机组的重要组成部件，研究的问题在于如何改善轮毂的结构设计、减轻轮毂的重量对以提高风电机组的整体性能。而难点在于既要通过优化设计减轻了轮毂自重，而且要满足轮毂材料的强度极限和寿命要求。
考虑到轮毂重载荷对整机强度和寿命所带来的负面影响，前人做过采用变截面设计来减轻轮毂重量的优化设计，即通过减少轮毂壁厚的方法达到减轻重量的目的。但该方案没有进行疲劳寿命分析，并且变截面设计会增加轮毂的加工难度，因此不宜实施。
本文针对前人方案没有疲劳寿命分析和其加工困难的问题，以减轻轮毂自重为目标，对风机轮毂不仅进行了静强度有限元分析，也进行了疲劳寿命分析，通过对比分析多个计算结果得到最佳优化方案，优化方案在满足强度和疲劳寿命要求的前提下，不仅减轻轮毂的自重，而且其最大应力值比未优化之前有所降低。从而提高了主轴、塔筒以及风电机组整体结构的强度性能，同时钻孔设计简单易实施，因而更具有实际生产的可行性。
在对轮毂优化之前，首先要保证其己经满足强度要求并且有比较大的优化空间，故需对其强度校核。而轮毂是大型钢结构实体，体积重量大，结构和载荷工况复杂，无法采用简单的工程算法对其应力应变进行精确的计算校核。有限元方法作为一种数值计算方法，不仅能够大幅度提高计算精度，而且降低设计与制造成本、节省时间，被广泛应用在航空、机械等多个工程领域。
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