针对风电叶片大型化所引起的材料性能不足以及可靠性难以保证等问题，研究了碳纤维复合材料在风电叶片中的应用和主梁结构的优化设计。基于复合材料的多尺度特征，使用代表体积单元(RVE)的均匀化方法预测其等效弹性属性；建立一个主梁结构的参数化有限元分析模型，对其在挥舞和摆振两个加载工况下进行分析；将位移、应力、等效塑性应变等响应作为约束函数，建立以轻量化为目标的可靠性优化模型。结果表明，经过可靠性设计优化后的风电叶片主梁结构满足可靠性和轻量化的要求，且其各部分材料的性能得到了充分的发挥。