風レンズ風車用の炭素繊維強化複合材の衝撃圧縮特性に及ぼす負荷方向と温度の影響

摘要

The high strain-rate compressive characteristics of carbon/epoxy laminated composites for a wind-lens turbine in the three principal material directions or fiber (1-), in-plane transverse (2-) and through-thickness (3-) directions are investigated on the conventional split Hopkinson pressure bar (SHPB) at room temperature. Cylindrical specimens are machined from a cross-ply composite laminate fabricated using vacuum assisted resin transfer molding (VaRTM). The uniaxial compressive stress-strain curves up to failure at quasi-static and intermediate strain rates are measured on an Instron testing machine over a range of temperatures between 20 and 80 ℃. A pair of steel rings are attached to both ends of the cylindrical specimens to prevent premature end crushing in the 1-and 2- direction tests on the Instron testing machine. It is shown that the ultimate compressive strength (or failure stress) exhibits positive strain-rate effects and negative temperature ones over a strain-rate range of 10~（-3） to 10~3/s and a temperature range of 20 to 80 ℃ in the three principal material directions.%原子力発電所の事故以降，国内外において再生可能な新 エネルギとして風力発電が注目されている.九州大学では， エネルギ効率を高めた次世代風車「風レンズ風車」を開発 し，山間部や海上に設置して，様々な性能実験を行ってい る.今後，エネルギ効率を更に高めるためには，軽量でか つ高強度，高剛性である大型風車を開発する必要がある. このような観点から，風車の大型構造部材に金属材料に代 わって炭素繊維強化複合材（CFRP)の使用が計画されてい る.九州大学応用力学研究所のエネルギ変換工学分野では， 真空樹脂含浸製造(Vacuum assisted Resin Transfer Molding ： VaRTM)法によるCFRPの開発研究が新しいテーマとして 開始されている.この手法を用いると，風車や集風体など 複雑な大型部材を製作することが比較的容易になる.風レ ンズ風車が，台風や大波•高波浪による衝撃を受けた時の 安全性を評価するために，CFRPの衝撃特性データが不可 欠である.また，風レンズ風車を設置する場所によっては， 直射日光などの影響により風車の温度が上昇することもあ るため,設計する際には温度の影響も考慮する必要がある.