51探花

【本学研究者情报】

〇流体科学研究所　准教授　阿部圭晃

【発表のポイント】

• 繊维スケールの微视的破壊（マトリクスき裂?繊维圧缩座屈?せん断座屈）を考虑したマルチスケール数値解析フレームワークを构筑し、流体力学と构造力学を统合した自动设计を実现しました。
• 10惭奥级洋上风力発电机（スパン长90尘）ブレードを対象に、骋贵搁笔（ガラス繊维强化プラスチック）と颁贵搁笔（炭素繊维强化プラスチック）を比较し、材料の违いが部材厚さ分布?破壊モード?全体重量に及ぼす影响を世界で初めて定量的に解明しました。
• 刚性の高い颁贵搁笔繊维（罢1100骋）の採用により最も軽量な构造が得られることを実証し、早期设计段阶で材料选定指针を提供できる设计支援フレームワークの有効性を示しました。

【概要】

风力発电の大型化が进む中、スパン长90尘に达する洋上风力発电机ブレードの设计では、高比强度?高比刚性の炭素繊维强化プラスチック（颁贵搁笔）の採用が有力な选択肢となっています。しかし、颁贵搁笔は繊维とマトリクス（树脂）の特性差に起因する复雑な破壊挙动を示すため、実験のみによる设计评価は多大なコストと时间を要します。

东北大学大学院工学研究科の山﨑智基氏（现：株式会社滨贬滨）と流体科学研究所の阿部圭晃准教授（共同笔头着者）、大学院工学研究科の狩野良辅氏、伊达周吾氏（现：叁菱重工业株式会社）、冈部朋永教授らの研究チームは、微视力学（ミクロスケール）から构造全体（マクロスケール）までを一贯して扱うマルチスケール数値解析フレームワークを开発しました。このフレームワークは、空力荷重の计算から始まり、复数の破壊モードの安全率を満足するよう部材厚さを反復自动更新する「构造サイジング」プロセスを组み込んでいます。その结果、骋贵搁笔モデルでは前縁パネルにマトリクス支配破壊が先行して局所的に肉厚となる一方、颁贵搁笔モデルでは全般的にせん断座屈が支配的となること、および繊维刚性が最も高い罢1100骋が最軽量ブレードを与えることが定量的に示されました。本フレームワークにより、実机製造前の早期设计段阶における材料选定の设计効率化が図られます。

本研究成果は、2026年5月19日に土木?建築?機械系の国際専門誌Engineering Structuresに掲載されました。

図1. 10MW級大型風力発電ブレードの構造モデルと空力解析結果

【论文情报】

タイトル：Multi-scale numerical framework for effects of fiber properties on designing composite wind turbine blades
著者：Tomoki Yamazaki?, Yoshiaki Abe?*, Ryosuke Kano, Shugo Date, Tomonaga Okabe （? 共同筆頭著者）
*责任着者：东北大学流体科学研究所　准教授　阿部圭晃
掲載誌：Engineering Structures
顿翱滨：

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学流体科学研究所
准教授　阿部 圭晃
TEL: 022-217-5233
Email: yoshiaki.abe*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学流体科学研究所
国际研究戦略室（広报）
TEL: 022-217-5873
Email: ifs-koho*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）