JP2007233859A - Model generating method, simulation method, model generating device, simulation device and computer program - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a model generating method for generating a model to obtain a simulation result corresponding to an actual phenomenon, and to provide a simulation method, a model generating device, a simulation device and a computer program. <P>SOLUTION: When simulating that a model of a quartz particle (non-deformable object) comes into contact with a model of rubber material (polymer object) by a coarse-grained molecular dynamics method, a boundary condition of the bottom of the model of rubber material in which a plurality of models of rubber molecules (polymer) with a plurality of coarse-grained units combined are aggregated is set in a wall boundary condition, the inter-center distance r of the coarse-grained units is defined as σ≤r≤2<SP>1/6</SP>σ in the model of a quartz particle in which the plurality of coarse-grained units of a quartz particle are arranged in the shape of a spherical shell to thereby inhibit the entire model of rubber material from being attracted by the model of a quartz particle to float during simulation and the model of rubber molecules from intruding into the model of a quartz particle. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ゴム材料等の高分子物体の挙動のシミュレーションをコンピュータで行う方法に関し、より詳細には、現実の現象に即したシミュレーションを行うためのモデル生成方法、シミュレーション方法、モデル生成装置、シミュレーション装置、及びコンピュータプログラムに関する。   The present invention relates to a computer simulation method for behavior of a polymer object such as a rubber material. More specifically, the present invention relates to a model generation method, a simulation method, a model generation device, and a simulation for performing a simulation according to an actual phenomenon. The present invention relates to an apparatus and a computer program.

ゴムを材料とするタイヤが実現する進む・曲がる・止まる等の機能は、タイヤと路面との間に発生する摩擦力に起因しており、発生する摩擦力はタイヤの材料であるゴムの特性に依存している。従来、タイヤの開発又は設計のためのゴムの研究は、実際に試作したゴム材料の試験片の摩擦係数を測定するという実験により行われていた。しかしながら、より高性能のタイヤの開発又は設計を行うためには、ゴム材料の実験に加えて、分子動力学等の方法で計算機を用いたシミュレーションによりゴム分子の性質に基づいてゴム材料の特性の予測及び評価を行う研究が必要となってきた。特許文献1及び2には、ゴム材料を変形させて弾性特性を求めるシミュレーションを行う技術の例が開示されている。   The functions such as advance, bend, and stop that are realized by a tire made of rubber are due to the frictional force generated between the tire and the road surface, and the generated frictional force depends on the characteristics of the rubber that is the tire material. It depends. Conventionally, research on rubber for development or design of tires has been performed by an experiment in which a friction coefficient of a test piece of a rubber material actually manufactured is measured. However, in order to develop or design a higher-performance tire, in addition to the rubber material experiment, the characteristics of the rubber material can be determined based on the properties of the rubber molecule by simulation using a computer with a method such as molecular dynamics. Research to make predictions and evaluations has become necessary. Patent Documents 1 and 2 disclose examples of techniques for performing a simulation for obtaining elastic characteristics by deforming a rubber material.

ゴム分子は複数の原子からなるイソプレン等の分子が鎖状に多数重合した高分子であり、ゴム材料は高分子のゴム分子が互いに絡み合って多数集合した系として表される。このような膨大な量の原子の挙動を逐一計算機で扱うことは現実的ではないので、計算機で扱えるようにゴム材料をモデル化した上でシミュレーションを行う必要がある。多数の原子からなる系を計算機で扱うことができるようにモデル化する方法として、複数の原子又は分子等の集合を計算単位として扱うようにする粗視化の方法がある。粗視化を行うことによって、計算単位数が大幅に減少し、多数の原子からなる系を計算機で扱うことが可能となる。従来、複数の原子又は分子等をまとめた粗視化ユニットが多数集合した系としてシミュレーション対象の系を表し、粗視化ユニット間の相互作用を計算することによってシミュレーションを実行する粗視化分子動力学が利用されている。イソプレンが重合したゴム分子の場合は、所定数のイソプレンが鎖状に重合したポリイソプレンを粗視化ユニットとし、この粗視化ユニットを複数鎖状に結合させてゴム分子を表し、多数のゴム分子を集合させてゴム材料を表すことができる。特許文献3には、粗視化の方法を用いて物質の物性値を計算する技術の例が開示されている。   A rubber molecule is a polymer in which many molecules such as isoprene composed of a plurality of atoms are polymerized in a chain, and a rubber material is expressed as a system in which a large number of polymer rubber molecules are entangled with each other. Since it is not realistic to handle such a large amount of atomic behavior by a computer one by one, it is necessary to perform a simulation after modeling a rubber material so that it can be handled by a computer. As a method of modeling so that a system composed of a large number of atoms can be handled by a computer, there is a coarse graining method in which a set of a plurality of atoms or molecules is handled as a calculation unit. By performing coarse graining, the number of calculation units is greatly reduced, and a system consisting of a large number of atoms can be handled by a computer. Conventionally, a coarse-grained molecular power that represents a system to be simulated as a system in which a large number of coarse-grained units that aggregate a plurality of atoms or molecules are gathered, and performs a simulation by calculating the interaction between the coarse-grained units Science is being used. In the case of rubber molecules in which isoprene is polymerized, polyisoprene in which a predetermined number of isoprene is polymerized in a chain form is used as a coarse-graining unit, and this coarse-grained unit is combined in a plurality of chains to represent rubber molecules. Molecules can be assembled to represent a rubber material. Patent Document 3 discloses an example of a technique for calculating a physical property value of a substance using a coarse graining method.

このような粗視化分子動力学の方法を用いたシミュレーションによって、ゴム材料の特性を調べることが可能となる。例えば、路面に存在する砂利の主成分である石英球をゴム材料に圧入した場合にゴム材料に発生する摩擦力のシミュレーションを行うことにより、ゴムを材料とするタイヤが路面に接触することによって発生する現象のシミュレーションを行うことができる。ゴム材料のモデルは前述の如きモデルとし、石英球のモデルは、所定数の二酸化珪素からなるアルファ石英の結晶を粗視化ユニットとし、この粗視化ユニットを球状に配置して作成する。計算単位数を減少させるために、石英球のモデルの内部は中空であるとする。またゴム材料のモデルの大きさは、タイヤの一部分を模した最小限の大きさであるとして、計算単位数の増大を抑制する。このようなモデルを用いて、粗視化分子動力学により石英球をゴム材料に圧入させた場合のゴム材料の挙動のシミュレーションを行うことによって、ゴムを材料とするタイヤが路面に接触することによって発生する摩擦力を検証することが可能となる。
特許第3660932号公報 特許第3668238号公報 特開2004−287812号公報
The characteristics of the rubber material can be examined by simulation using such a coarse-grained molecular dynamics method. For example, when a quartz sphere, which is the main component of gravel existing on the road surface, is pressed into the rubber material, a frictional force generated in the rubber material is simulated, and this occurs when a rubber tire contacts the road surface. It is possible to simulate the phenomenon that occurs. The model of the rubber material is the model as described above, and the model of the quartz sphere is created by arranging a coarse crystal unit of alpha quartz crystals made of a predetermined number of silicon dioxide, and arranging the coarse grain unit in a spherical shape. In order to reduce the number of calculation units, the inside of the model of the quartz sphere is assumed to be hollow. The size of the rubber material model is assumed to be a minimum size imitating a part of the tire, and an increase in the number of calculation units is suppressed. By using such a model to simulate the behavior of a rubber material when a quartz sphere is pressed into the rubber material by coarse-grained molecular dynamics, the tire made of rubber contacts the road surface. It is possible to verify the generated frictional force.
Japanese Patent No. 3660932 Japanese Patent No. 3668238 JP 2004-287812 A

しかしながら、計算機を用いたシミュレーションにおいては、現実に発生する現象に対応した計算結果を得るためにはモデルを適切に設計する必要がある。前述のモデルを用いたシミュレーションでは、石英球のモデルの内部を中空としているので、石英球のモデルがゴム材料のモデルに接触する際に一部のゴム分子のモデルが石英球のモデル内に侵入するという不自然な現象が発生し、得られたシミュレーション結果が現実の現象に対応しないという問題がある。石英球のモデルの内部にアルファ石英の粗視化ユニットを充填した場合は、ゴム分子のモデルが石英球のモデル内に侵入する現象の発生を抑制できるものの、計算単位数が増大して計算コストの増大をまねくという問題がある。   However, in a simulation using a computer, it is necessary to appropriately design a model in order to obtain a calculation result corresponding to a phenomenon that actually occurs. In the simulation using the above model, the inside of the quartz sphere model is hollow, so when the quartz sphere model contacts the rubber material model, some rubber molecule models penetrate into the quartz sphere model. There is a problem that an unnatural phenomenon occurs, and the obtained simulation result does not correspond to an actual phenomenon. When an alpha quartz coarse-graining unit is filled inside a quartz sphere model, the phenomenon of rubber molecules entering the quartz sphere model can be suppressed, but the number of calculation units increases and the calculation cost increases. There is a problem of increasing the number of people.

また前述のモデルを用いたシミュレーションでは、ゴム材料のモデルの大きさを最小限としたので、石英球のモデルがゴム材料のモデルに接近するに従ってゴム材料のモデル全体が石英球のモデルに引きつけられるという不自然な現象が発生する。ゴム材料のモデル全体が石英球のモデルに引きつけられることにより、ゴム材料のモデル全体が変形・圧縮し、ゴム材料のモデルの密度分布が大きく変化するので、現実の現象に対応しないシミュレーション結果が得られる虞がある。ここでゴム材料のモデルの大きさをより大きくした場合は、ゴム材料のモデル全体が石英球のモデルに引きつけられる現象の発生を抑制できるものの、計算単位数が増大して計算コストの増大をまねくという問題がある。   In the simulation using the above-mentioned model, the size of the rubber material model is minimized, and as the quartz sphere model approaches the rubber material model, the entire rubber material model is attracted to the quartz sphere model. An unnatural phenomenon occurs. Since the entire rubber material model is attracted to the quartz sphere model, the entire rubber material model is deformed and compressed, and the density distribution of the rubber material model changes greatly, resulting in simulation results that do not correspond to actual phenomena. There is a risk of being. If the size of the rubber material model is made larger, the occurrence of the phenomenon that the entire rubber material model is attracted to the quartz sphere model can be suppressed, but the number of calculation units increases, leading to an increase in calculation cost. There is a problem.

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ゴム材料のモデルの境界条件を適切に定めることにより、現実の現象に対応したシミュレーション結果が得られるモデルを生成することができるモデル生成方法、モデル生成装置、及びコンピュータプログラムを提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to obtain a simulation result corresponding to an actual phenomenon by appropriately determining the boundary condition of the model of the rubber material. A model generation method, a model generation device, and a computer program.

また本発明の他の目的とするところは、石英球等の非変形物体のモデルを構成する粗視化ユニット間の距離を適切な距離に定めることにより、計算コストの増大を防止しながら現実の現象に対応したシミュレーション結果が得られるモデルを生成することができるモデル生成方法、モデル生成装置、及びコンピュータプログラムを提供することにある。   Another object of the present invention is to determine the distance between the coarse-graining units constituting the model of a non-deformable object such as a quartz sphere as an appropriate distance, thereby preventing an increase in calculation cost and It is an object of the present invention to provide a model generation method, a model generation apparatus, and a computer program capable of generating a model that can obtain a simulation result corresponding to a phenomenon.

更に本発明の他の目的とするところは、本発明のモデル生成方法を用いて生成したゴム材料及び石英球のモデルを利用することにより、現実の現象に対応したシミュレーション結果を得ることができるシミュレーション方法、シミュレーション装置、及びコンピュータプログラムを提供することにある。   Furthermore, another object of the present invention is to provide a simulation capable of obtaining a simulation result corresponding to an actual phenomenon by using a model of a rubber material and a quartz sphere generated by using the model generation method of the present invention. A method, a simulation apparatus, and a computer program are provided.

第1発明に係るモデル生成方法は、複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うために、前記高分子物体の構成を表す高分子物体のモデルを生成する方法において、所定数の単量体が互いに結合した構造を表す高分子の粗視化ユニットが複数結合した高分子のモデルを複数集合させることによって、高分子物体の表面に対応する上面、並びに前記高分子物体の内部に対応する側面及び底面を有する高分子物体のモデルを生成し、生成した高分子物体のモデルの側面の境界条件を周期境界条件に設定し、生成した高分子物体のモデルの底面の境界条件を壁面境界条件に設定することを特徴とする。   The model generation method according to the first aspect of the present invention includes a coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on an interaction between coarse-grained units representing a set of a plurality of atoms. In order to simulate the behavior of the polymer object when another non-deformed object contacts the surface of the assembled polymer object, a method of generating a model of the polymer object representing the configuration of the polymer object, An upper surface corresponding to the surface of the polymer object, and the polymer object by assembling a plurality of polymer models in which a plurality of polymer coarse-graining units representing a structure in which a predetermined number of monomers are bonded to each other A model of a polymer object having a side surface and a bottom surface corresponding to the inside of the model object is generated, and the boundary condition of the side surface of the generated polymer object model is set as a periodic boundary condition. And sets the boundary condition on the wall boundary conditions.

第2発明に係るモデル生成方法は、複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うために、前記非変形物体の構成を表す非変形物体のモデルを生成する方法において、非変形物体の一部分の構造を表す非変形物体の粗視化ユニットを非変形物体の形状に沿って複数配置することによって、非変形物体のモデルを生成し、非変形物体のモデル内で隣接する非変形物体の粗視化ユニット間の距離を、非変形物体の粗視化ユニット間のレナードジョーンズポテンシャルが極小値になる距離以下に設定することを特徴とする。   The model generation method according to the second aspect of the present invention includes a coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on an interaction between coarse-grained units representing a set of a plurality of atoms. In a method for generating a model of a non-deformable object representing a configuration of the non-deformable object in order to simulate the behavior of the polymer object when another non-deformable object contacts the surface of the assembled polymer object, A non-deformable object model is generated by arranging a plurality of non-deformable object coarse-graining units representing the structure of a part of the non-deformable object along the shape of the non-deformable object. The distance between the coarse-graining units of the non-deformable object is set to be equal to or less than the distance at which the Leonard Jones potential between the coarse-graining units of the non-deformable object is a minimum value.

第3発明に係るモデル生成方法は、複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うために、前記非変形物体の構成を表す非変形物体のモデルを生成する方法において、非変形物体の一部分の構造を表す非変形物体の粗視化ユニットを非変形物体の形状に沿って複数配置することによって、非変形物体のモデルを生成し、非変形物体のモデル内で隣接する非変形物体の粗視化ユニットの中心間距離rを、非変形物体の粗視化ユニット間のレナードジョーンズポテンシャルが0になる中心間距離をσとしてσ≦r≦21/6 σに設定することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a model generation method in which a plurality of macromolecules are obtained by a coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on an interaction between coarse-grained units representing a set of a plurality of atoms. In a method for generating a model of a non-deformable object representing a configuration of the non-deformable object in order to simulate the behavior of the polymer object when another non-deformable object contacts the surface of the assembled polymer object, A non-deformable object model is generated by arranging a plurality of non-deformable object coarse-graining units representing the structure of a part of the non-deformable object along the shape of the non-deformable object. The center-to-center distance r of the undeformed object coarse-graining unit is set to σ ≦ r ≦ 2 1/6 σ, where σ is the center-to-center distance at which the Leonard Jones potential between the non-deformed object coarse-graining units becomes zero. That features To.

第4発明に係るモデル生成方法は、複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うために、前記高分子物体の構成を表す高分子物体のモデル、及び前記非変形物体の構成を表す非変形物体のモデルを生成する方法において、所定数の単量体が互いに結合した構造を表す高分子の粗視化ユニットが複数結合した高分子のモデルを複数集合させることによって、高分子物体の表面に対応する上面、並びに前記高分子物体の内部に対応する側面及び底面を有する高分子物体のモデルを生成し、生成した高分子物体のモデルの側面の境界条件を周期境界条件に設定し、生成した高分子物体のモデルの底面の境界条件を壁面境界条件に設定し、非変形物体の一部分の構造を表す非変形物体の粗視化ユニットを非変形物体の形状に沿って複数配置することによって、非変形物体のモデルを生成し、非変形物体のモデル内で隣接する非変形物体の粗視化ユニット間の距離を、非変形物体の粗視化ユニット間のレナードジョーンズポテンシャルが極小値になる距離以下に設定することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a model generation method in which a plurality of macromolecules are obtained by a coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on an interaction between coarse-grained units representing a set of a plurality of atoms. In order to simulate the behavior of the polymer object when another non-deformable object contacts the surface of the assembled polymer object, a model of the polymer object representing the structure of the polymer object, and the non-deformable object In the method for generating a model of an undeformed object representing the structure of the above, by assembling a plurality of polymer models in which a plurality of polymer coarse-graining units representing a structure in which a predetermined number of monomers are bonded to each other, A model of a polymer object having a top surface corresponding to the surface of the polymer object and side and bottom surfaces corresponding to the inside of the polymer object is generated, and the boundary condition of the side surface of the model of the generated polymer object is periodically generated. The boundary condition of the bottom surface of the model of the generated polymer object is set to the wall boundary condition, and the coarse-grained unit of the non-deformable object representing the structure of a part of the non-deformable object is changed to the shape of the non-deformable object. A model of a non-deformable object is generated by arranging a plurality of the non-deformable object models, and the distance between the coarse-grained units of the non-deformable object adjacent to each other in the non-deformed object model It is characterized by being set to be equal to or less than the distance at which the Jones potential becomes a minimum value.

第5発明に係るモデル生成方法は、前記非変形物体の粗視化ユニットは、所定の鉱物の結晶構造を表すことを特徴とする。   The model generation method according to a fifth aspect of the invention is characterized in that the coarse-grained unit of the non-deformable object represents a crystal structure of a predetermined mineral.

第6発明に係るモデル生成方法は、前記高分子の粗視化ユニットは、ジエン系ゴムの成分である高分子化合物を表すことを特徴とする。   The model generation method according to a sixth aspect of the invention is characterized in that the polymer coarse-graining unit represents a polymer compound that is a component of a diene rubber.

第7発明に係るシミュレーション方法は、複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行う方法において、第1乃至第6発明のいずれか一つに係るモデル生成方法により生成した高分子物体及び非変形物体のモデルを用いて、仮想空間内で高分子物体のモデルの上面に非変形物体のモデルを圧入させ、粗視化分子動力学法により、圧入した非変形物体のモデルに対して高分子物体のモデルから生じる力を計算すること
を特徴とする。
A simulation method according to a seventh aspect of the present invention is a method for gathering a plurality of macromolecules by a coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on an interaction between coarse-grained units representing a set of a plurality of atoms. In the method for simulating the behavior of the polymer object when another non-deformed object contacts the surface of the polymer object, the height generated by the model generation method according to any one of the first to sixth inventions Using a model of a molecular object and a non-deformable object, the model of the non-deformable object is pressed into the upper surface of the model of the polymer object in the virtual space, and the model of the press-fitted non-deformed object is obtained by coarse-grained molecular dynamics On the other hand, the force generated from the model of the polymer object is calculated.

第8発明に係るモデル生成装置は、複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うために、前記高分子物体の構成を表す高分子物体のモデルを生成するモデル生成装置において、所定数の単量体が互いに結合した構造を表す高分子の粗視化ユニットが複数結合した高分子のモデルを複数集合させることによって、高分子物体の表面に対応する上面、並びに前記高分子物体の内部に対応する側面及び底面を有する高分子物体のモデルを生成する手段と、生成した高分子物体のモデルの側面の境界条件を周期境界条件に設定する手段と、生成した高分子物体のモデルの底面の境界条件を壁面境界条件に設定する手段とを備えることを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a model generation device that uses a coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on an interaction between coarse-grained units representing a set of a plurality of atoms. A model generation device that generates a model of a polymer object representing the configuration of the polymer object in order to simulate the behavior of the polymer object when another non-deformed object contacts the surface of the assembled polymer object A plurality of polymer models in which a plurality of polymer coarse-graining units representing a structure in which a predetermined number of monomers are bonded to each other are assembled to form a top surface corresponding to the surface of the polymer object, Means for generating a model of a polymer object having side surfaces and a bottom surface corresponding to the inside of the molecular object, and means for setting the boundary condition of the side surface of the model of the generated polymer object as a periodic boundary condition. Characterized in that it comprises means for setting the boundary condition of the bottom surface of the model of the polymeric object in the wall boundary conditions.

第9発明に係るモデル生成装置は、複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うために、前記非変形物体の構成を表す非変形物体のモデルを生成するモデル生成装置において、非変形物体の一部分の構造を表す非変形物体の粗視化ユニットを非変形物体の形状に沿って複数配置することによって、非変形物体のモデルを生成する手段と、非変形物体のモデル内で隣接する非変形物体の粗視化ユニット間の距離を、非変形物体の粗視化ユニット間のレナードジョーンズポテンシャルが極小値になる距離以下に設定する手段とを備えることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a model generation device that uses a coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on an interaction between coarse-grained units representing a set of a plurality of atoms. A model generation device that generates a model of a non-deformable object representing the configuration of the non-deformable object in order to simulate the behavior of the polymer object when another non-deformable object contacts the surface of the assembled polymer object A non-deformable object model by arranging a plurality of non-deformable object coarse-graining units representing the structure of a part of the non-deformable object along the shape of the non-deformable object, And a means for setting the distance between the coarse-graining units of the adjacent non-deformable objects in the interior to be equal to or less than the distance at which the Leonard Jones potential between the coarse-graining units of the non-deformable objects is a minimum value. And butterflies.

第10発明に係るシミュレーション装置は、複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うシミュレーション装置において、第1乃至第6発明のいずれか一つに係るモデル生成方法により生成した高分子物体及び非変形物体のモデルを用いて、仮想空間内で高分子物体のモデルの上面に非変形物体のモデルを圧入させる手段と、粗視化分子動力学法により、圧入した非変形物体のモデルに対して高分子物体のモデルから生じる力を計算する手段とを備えることを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a simulation apparatus in which a plurality of macromolecules are aggregated by a coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on an interaction that acts between coarse-graining units representing a set of a plurality of atoms. In the simulation apparatus for simulating the behavior of the polymer object when another non-deformable object comes into contact with the surface of the polymer object, generated by the model generation method according to any one of the first to sixth inventions Means for press-fitting a model of a non-deformable object into the upper surface of the model of the polymer object in a virtual space using the model of the polymer object and the non-deformable object, and a non-deformed object press-fitted by the coarse-grained molecular dynamics method And means for calculating a force generated from the model of the polymer object.

第11発明に係るコンピュータプログラムは、複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うために、コンピュータに、前記高分子物体の構成を表す高分子物体のモデルを生成させるコンピュータプログラムにおいて、コンピュータに、所定数の単量体が互いに結合した構造を表す高分子の粗視化ユニットが複数結合した高分子のモデルを複数集合させることによって、高分子物体の表面に対応する上面、並びに前記高分子物体の内部に対応する側面及び底面を有する高分子物体のモデルを生成させる手順と、コンピュータに、生成した高分子物体のモデルの側面の境界条件を周期境界条件に設定させる手順と、コンピュータに、生成した高分子物体のモデルの底面の境界条件を壁面境界条件に設定させる手順とを含むことを特徴とする。   According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a computer program that collects a plurality of macromolecules by a coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on an interaction between coarse-graining units representing a set of a plurality of atoms. A computer that generates a model of a polymer object representing a configuration of the polymer object in order to simulate the behavior of the polymer object when another non-deformed object contacts the surface of the polymer object In the program, an upper surface corresponding to the surface of the polymer object is obtained by assembling a plurality of polymer models in which a plurality of polymer coarse-graining units representing a structure in which a predetermined number of monomers are bonded to each other. A procedure for generating a model of a polymer object having a side surface and a bottom surface corresponding to the inside of the polymer object, and a computer The method includes a step of setting a boundary condition of a side surface of a child object model as a periodic boundary condition, and a step of causing a computer to set a boundary condition of a bottom surface of a generated polymer object model as a wall boundary condition. .

第12発明に係るコンピュータプログラムは、複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うために、コンピュータに、前記非変形物体の構成を表す非変形物体のモデルを生成させるコンピュータプログラムにおいて、コンピュータに、非変形物体の一部分の構造を表す非変形物体の粗視化ユニットを非変形物体の形状に沿って複数配置することによって、非変形物体のモデルを生成させる手順と、コンピュータに、非変形物体のモデル内で隣接する非変形物体の粗視化ユニット間の距離を、非変形物体の粗視化ユニット間のレナードジョーンズポテンシャルが極小値になる距離以下に設定させる手順とを含むことを特徴とする。   According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a computer program that collects a plurality of macromolecules by a coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on an interaction between coarse-graining units representing a set of a plurality of atoms. A computer for generating a model of a non-deformable object representing a configuration of the non-deformable object in order to simulate the behavior of the polymer object when another non-deformable object contacts the surface of the polymer object In the program, the computer causes the computer to generate a model of the non-deformable object by arranging a plurality of coarse-grained units of the non-deformable object representing the structure of a part of the non-deformable object along the shape of the non-deformable object; The distance between the coarse-graining units of the non-deformable objects in the non-deformable object model Lens potential, characterized in that it comprises a procedure for setting the following distance becomes minimum.

第13発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行わせるコンピュータプログラムにおいて、コンピュータに、第1乃至第6発明のいずれか一つに係るモデル生成方法により生成した高分子物体及び非変形物体のモデルを用いて、仮想空間内で高分子物体のモデルの上面に非変形物体のモデルを圧入させる手順と、コンピュータに、粗視化分子動力学法により、圧入した非変形物体のモデルに対して高分子物体のモデルから生じる力を計算させる手順とを含むことを特徴とする。   A computer program according to a thirteenth aspect of the invention provides a computer with a plurality of high-level molecular dynamics methods that calculate the behavior of an object based on an interaction between coarse-graining units representing a set of a plurality of atoms. According to any one of the first to sixth inventions, a computer program for simulating the behavior of the polymer object when another non-deformable object contacts the surface of the polymer object assembled with molecules. Using a model of a polymer object and a non-deformable object generated by the model generation method, a procedure for press-fitting the model of the non-deformable object on the upper surface of the model of the polymer object in virtual space, and a coarse-grained molecule in the computer And a procedure for calculating a force generated from the model of the polymer object with respect to the model of the press-fitted non-deformed object by a dynamic method.

第1、第8及び第11発明においては、粗視化分子動力学法によりゴム材料等の高分子物体のモデルに石英粒子等の非変形物体のモデルが接触するシミュレーションを行うために高分子物体のモデルを生成する際に、複数の粗視化ユニットが結合した高分子のモデルが複数集合した高分子物体のモデルの底面の境界条件を壁面境界条件に設定したことによって、非変形物体のモデルが高分子物体のモデルの上面に接触するシミュレーションを行う際に、高分子物体のモデル全体が非変形物体のモデルに引きつけられて浮き上がることを抑制することができる。   In the first, eighth and eleventh inventions, a polymer object is used to perform a simulation in which a model of a non-deformable object such as quartz particles contacts a model of a polymer object such as a rubber material by a coarse-grained molecular dynamics method. When generating the model of the non-deformable object, the boundary condition of the bottom surface of the model of the polymer object in which a plurality of polymer models combined with a plurality of coarse-grained units is assembled is set as the wall boundary condition. When performing a simulation of contacting the upper surface of the model of the polymer object, it is possible to suppress the entire model of the polymer object from being attracted to the model of the non-deformable object.

第2、第3、第9及び第12発明においては、粗視化分子動力学法によりゴム材料等の高分子物体のモデルに石英粒子等の非変形物体のモデルが接触するシミュレーションを行うために非変形物体のモデルを生成する際に、非変形物体の粗視化ユニットを非変形物体の形状に沿って複数配置することによって非変形物体のモデルを生成し、粗視化ユニット間の距離を粗視化ユニット間のレナードジョーンズポテンシャルが極小値になる距離以下に設定、即ち粗視化ユニットの中心間距離rをレナードジョーンズポテンシャルが0になる中心間距離をσとしてσ≦r≦21/6 σに設定することにより、非変形物体のモデルが高分子物体のモデルに接触するシミュレーションを行う際に、非変形物体のモデル内に高分子のモデルが侵入することを抑制することができる。 In the second, third, ninth and twelfth inventions, in order to perform a simulation in which a model of a non-deformable object such as a quartz particle contacts a model of a polymer object such as a rubber material by the coarse-grained molecular dynamics method When generating a model of a non-deformable object, a plurality of coarse-grained units of the non-deformable object are arranged along the shape of the non-deformable object to generate a model of the non-deformable object, and the distance between the coarse-grained units is determined. The distance between the coarse-grained units is less than the distance at which the Leonard Jones potential becomes a minimum value, that is, the center-to-center distance r of the coarse-grained unit is σ ≦ r ≦ 2 1 / by setting the 6 sigma, when the model of the non-deformed object performs a simulation in contact with the model of the polymeric object, that polymer model from entering the model of the non-deformed object depressive It can be.

第4発明においては、粗視化分子動力学法によりゴム材料等の高分子物体のモデルに石英粒子等の非変形物体のモデルが接触するシミュレーションを行うために高分子物体及び非変形物体のモデルを生成する際に、複数の粗視化ユニットが結合した高分子のモデルが複数集合した高分子物体のモデルの底面の境界条件を壁面境界条件に設定し、また非変形物体の粗視化ユニットを非変形物体の形状に沿って複数配置することによって非変形物体のモデルを生成して、粗視化ユニット間の距離を粗視化ユニット間のレナードジョーンズポテンシャルが極小値になる距離以下に設定することによって、非変形物体のモデルが高分子物体のモデルの上面に接触するシミュレーションを行う際に、高分子物体のモデル全体が非変形物体のモデルに引きつけられて浮き上がること、及び非変形物体のモデル内に高分子のモデルが侵入することを抑制することができる。   In the fourth aspect of the invention, in order to perform a simulation in which a model of a polymer object such as a rubber material contacts a model of a polymer object such as a rubber material by the coarse-grained molecular dynamics method, the model of the polymer object and the non-deformable object is used. The boundary condition of the bottom surface of a model of a polymer object in which a plurality of polymer models in which a plurality of coarse-graining units are combined is set as the wall boundary condition, and the coarse-grained unit of an undeformed object By generating multiple models of non-deformed objects by arranging them along the shape of the non-deformed object, the distance between the coarse-grained units is set to be less than the distance at which the Leonard Jones potential between the coarse-grained units is minimized. Therefore, when performing a simulation in which the model of the non-deformable object contacts the upper surface of the model of the polymer object, the entire model of the polymer object is drawn to the model of the non-deformable object. The vignetting by floats, and high molecular models in the model of non-deformed object can be prevented from entering.

第5発明においては、石英等の所定の鉱物の結晶構造を表す非変形物体の粗視化ユニットを用いることにより、非変形物体のモデルとして石英等の鉱物でなる固体物質を表すモデルを生成することができる。   In the fifth invention, by using a coarse-graining unit of a non-deformable object representing a crystal structure of a predetermined mineral such as quartz, a model representing a solid substance made of a mineral such as quartz is generated as a model of the non-deformable object. be able to.

第6発明においては、ジエン系ゴムの成分である高分子化合物を表す高分子の粗視化ユニットを用いることにより、高分子物体のモデルとしてジエン系ゴムを表すモデルを生成することができる。   In the sixth aspect of the invention, a model representing a diene rubber can be generated as a model of a polymer object by using a polymer coarse-graining unit representing a polymer compound that is a component of a diene rubber.

第7、第10及び第13発明においては、本発明のモデル生成方法により生成したモデルを用いて、粗視化分子動力学法によりゴム材料等の高分子物体のモデルに石英粒子等の非変形物体のモデルが接触するシミュレーションを行う。   In the seventh, tenth, and thirteenth inventions, the model generated by the model generation method of the present invention is used, and a model of a polymer object such as a rubber material is not deformed by a coarse-grained molecular dynamics method. A simulation is performed in which an object model comes into contact.

第1、第8及び第11発明にあっては、非変形物体のモデルが高分子物体のモデルの上面に接触するシミュレーションを行う際に、高分子物体のモデル全体が非変形物体のモデルに引きつけられてゴム材料の密度分布が不自然に変化することを抑制し、現実の現象に対応したシミュレーション結果を得ることが可能となる。またゴム材料のモデルのサイズをより大きくすることがないので、計算コストの増大を抑制することができる。   In the first, eighth, and eleventh inventions, when performing a simulation in which the model of the non-deformable object contacts the upper surface of the model of the polymer object, the entire model of the polymer object is attracted to the model of the non-deformable object. As a result, it is possible to suppress an unnatural change in the density distribution of the rubber material and obtain a simulation result corresponding to an actual phenomenon. Further, since the size of the rubber material model is not increased, an increase in calculation cost can be suppressed.

第2、第3、第9及び第12発明にあっては、非変形物体のモデルが高分子物体のモデルの上面に接触するシミュレーションを行う際に、非変形物体のモデル内に高分子のモデルが侵入するという不自然な現象が発生することを抑制し、現実の現象に対応したシミュレーション結果を得ることが可能となる。また非変形物体のモデルの内部に粗視化ユニットを充填することがないので、計算コストの増大を抑制することができる。   In the second, third, ninth, and twelfth inventions, when performing a simulation in which the model of the non-deformable object contacts the upper surface of the model of the polymer object, the model of the polymer is included in the model of the non-deformable object. It is possible to suppress the occurrence of an unnatural phenomenon of intrusion and to obtain a simulation result corresponding to the actual phenomenon. In addition, since the coarse-grained unit is not filled in the non-deformable object model, an increase in calculation cost can be suppressed.

第4発明にあっては、非変形物体のモデルが高分子物体のモデルの上面に接触するシミュレーションを行う際に、高分子物体のモデル全体が非変形物体のモデルに引きつけられること、及び非変形物体のモデル内に高分子のモデルが侵入することという不自然な現象が発生することを抑制し、現実の現象に対応したシミュレーション結果を得ることが可能となる。   In the fourth invention, when performing a simulation in which the model of the non-deformable object contacts the upper surface of the model of the polymer object, the entire model of the polymer object is attracted to the model of the non-deformable object, and non-deformation It is possible to suppress the occurrence of an unnatural phenomenon that the polymer model enters the object model, and obtain a simulation result corresponding to the actual phenomenon.

第5発明にあっては、非変形物体のモデルとして、石英等の鉱物でなる固体物質を表すモデルを生成することにより、非変形物体のモデルが高分子物体のモデルの上面に接触するシミュレーションを行うことで、石英等の鉱物でなる固体物質が存在する路面に高分子物体からなるタイヤが接触するという現実の現象に即したシミュレーション結果を得ることができる。   According to the fifth aspect of the invention, a model representing a solid substance made of a mineral such as quartz is generated as a model of the non-deformable object, thereby performing a simulation in which the model of the non-deformable object contacts the upper surface of the model of the polymer object. By doing so, it is possible to obtain a simulation result based on the actual phenomenon that a tire made of a polymer object comes into contact with a road surface on which a solid substance made of mineral such as quartz is present.

第6発明にあっては、高分子物体のモデルとして、タイヤのゴム材料に用いられるジエン系ゴムを表すモデルを生成することにより、非変形物体のモデルが高分子物体のモデルの上面に接触するシミュレーションを行うことで、ジエン系ゴムを用いて形成されたタイヤが路面に接触するという現実の現象に即したシミュレーション結果を得ることができる。   In the sixth invention, the model representing the diene rubber used for the rubber material of the tire is generated as the model of the polymer object, so that the model of the non-deformable object contacts the upper surface of the model of the polymer object. By performing the simulation, it is possible to obtain a simulation result based on the actual phenomenon that the tire formed using the diene rubber contacts the road surface.

第7、第10及び第13発明にあっては、本発明のモデル生成方法により生成したモデルを用いて非変形物体のモデルが高分子物体のモデルの上面に接触するシミュレーションを行うことにより、不自然な現象が発生しない現実の現象に即したシミュレーション結果を得ることができるので、様々な組成又は構造の高分子物体の挙動のシミュレーションを行い、所望の性能を有する高分子物体の開発を促進させることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。   In the seventh, tenth and thirteenth inventions, the simulation is performed by performing a simulation in which the model of the non-deformable object contacts the upper surface of the model of the polymer object using the model generated by the model generation method of the present invention. Since simulation results can be obtained in line with real phenomena where natural phenomena do not occur, the behavior of polymer objects with various compositions or structures can be simulated to facilitate the development of polymer objects with desired performance Thus, the present invention has excellent effects.

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図1は、本発明のシミュレーション装置1の内部の機能構成を示すブロック図である。シミュレーション装置1は、パーソナルコンピュータ又はサーバ装置等の汎用コンピュータを用いて構成されており、本発明のモデル生成装置の機能を兼ねて実行可能な構成となっている。シミュレーション装置1は、演算を行うCPU11と、演算に必要な情報を記憶するRAM12と、光ディスク等の記録媒体2から情報を読み取るCD−ROMドライブ等の読み取り部13と、ハードディスク等の記憶部14とを備えている。記憶部14は、ゴム材料の表面に石英粒子が接触した場合のゴム材料の挙動のシミュレーションをシミュレーション装置1が行うためのプログラムを含む本発明のコンピュータプログラム20と、コンピュータプログラム20に従った処理を実行するために必要なパラメータを記録するパラメータデータベース21とを記憶している。CPU11は、記録媒体2から本発明のコンピュータプログラム20を読み取り部13に読み取らせ、読み取ったコンピュータプログラム20を記憶部14に記憶させる。コンピュータプログラム20は必要に応じて記憶部14からRAM12へロードされ、ロードされたコンピュータプログラム20に基づいてCPU11は本発明のシミュレーション装置1及びモデル生成装置に必要な処理を実行する。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
FIG. 1 is a block diagram showing an internal functional configuration of a simulation apparatus 1 according to the present invention. The simulation apparatus 1 is configured by using a general-purpose computer such as a personal computer or a server apparatus, and has a configuration that can be executed with the function of the model generation apparatus of the present invention. The simulation apparatus 1 includes a CPU 11 that performs calculation, a RAM 12 that stores information necessary for the calculation, a reading unit 13 such as a CD-ROM drive that reads information from a recording medium 2 such as an optical disk, and a storage unit 14 such as a hard disk. It has. The storage unit 14 includes a computer program 20 of the present invention including a program for the simulation apparatus 1 to perform a simulation of the behavior of the rubber material when the quartz particles are in contact with the surface of the rubber material, and a process according to the computer program 20. A parameter database 21 that records parameters necessary for execution is stored. The CPU 11 causes the reading unit 13 to read the computer program 20 of the present invention from the recording medium 2 and stores the read computer program 20 in the storage unit 14. The computer program 20 is loaded from the storage unit 14 to the RAM 12 as necessary. Based on the loaded computer program 20, the CPU 11 executes processing necessary for the simulation apparatus 1 and the model generation apparatus of the present invention.

またシミュレーション装置1は、外部からのデータの入力を受け付ける入力部15と、外部へデータを出力する出力部16とを備えている。入力部15は、使用者の操作によりデータを受け付けるキーボード等の受付装置、又は図示しない外部の機器から送信されるデータを受信するインタフェースである。出力部16は、処理結果を表示するディスプレイ装置、処理結果を出力するプリンタ装置、又は図示しない外部の機器へ処理結果を送信するインタフェースである。   The simulation apparatus 1 also includes an input unit 15 that accepts input of data from the outside and an output unit 16 that outputs data to the outside. The input unit 15 is an interface that receives data transmitted from an accepting device such as a keyboard that accepts data by a user operation or an external device (not shown). The output unit 16 is an interface that transmits a processing result to a display device that displays the processing result, a printer device that outputs the processing result, or an external device (not shown).

なお、本発明のコンピュータプログラム20は、シミュレーション装置1に接続された図示しない外部のサーバ装置からシミュレーション装置1へロードされて記憶部14に記憶される形態であってもよい。またパラメータデータベース21は、その記録内容の一部又は全部が、シミュレーション装置1に接続された図示しない外部のサーバ装置又はストレージ装置に記憶され、記録内容が必要に応じてシミュレーション装置1へロードされてRAM12又は記憶部14に記憶される形態であってもよい。   The computer program 20 according to the present invention may be loaded from an external server device (not shown) connected to the simulation apparatus 1 to the simulation apparatus 1 and stored in the storage unit 14. The parameter database 21 stores part or all of the recorded contents in an external server device or storage device (not shown) connected to the simulation apparatus 1, and the recorded contents are loaded into the simulation apparatus 1 as necessary. The form memorize | stored in RAM12 or the memory | storage part 14 may be sufficient.

本発明のコンピュータプログラム20は、粗視化分子動力学法により、ゴム材料の表面に石英粒子が接触した場合のゴム材料の挙動のシミュレーションを行うシミュレーション処理、シミュレーションを行うために必要なパラメータを計算するパラメータ計算処理、及びシミュレーションを行うために必要なモデルを生成するモデル生成処理をシミュレーション装置1に実行させるためのプログラムを含んでいる。分子動力学法では、原子間に存在するポテンシャルを計算し、計算したポテンシャルの下での各原子の挙動を計算する。原子間のポテンシャルは、原子の種類、原子の状態及び原子の組み合わせ等に対応したパラメータに応じて定まり、既に知られているこれらのパラメータをパラメータデータベース21が記録している。   The computer program 20 according to the present invention calculates the parameters necessary for performing simulation processing for simulating the behavior of a rubber material when quartz particles come into contact with the surface of the rubber material by the coarse-grained molecular dynamics method. A program for causing the simulation apparatus 1 to execute parameter calculation processing to be performed and model generation processing to generate a model necessary for performing the simulation. In the molecular dynamics method, the potential existing between atoms is calculated, and the behavior of each atom under the calculated potential is calculated. The potential between atoms is determined according to parameters corresponding to the type of atom, the state of the atom, the combination of atoms, and the like, and the parameter database 21 records these already known parameters.

分子動力学法では、原子間のポテンシャルとして、互いに結合している原子間に存在するポテンシャルである結合ポテンシャルと、互いに非結合の状態の原子間をも含む原子間に存在するポテンシャルである非結合ポテンシャルとを計算する。結合ポテンシャルには、所謂ボンド、アングル及びトーションのポテンシャルがある。ボンドのポテンシャルは、結合する原子間の結合距離に依存するポテンシャルであり、原子はボンドのポテンシャルの下で結合距離が伸縮する振動運動を行う。アングルのポテンシャルは、三つの原子が直鎖状に結合している状態で、一番目及び二番目の原子を含む直線と二番目及び三番目の原子を含む直線とがなす結合角に依存するポテンシャルであり、三つの原子はアングルのポテンシャルの下で結合が変化する変角振動運動を行う。トーションのポテンシャルは、四つの原子が直鎖状に結合している状態で、一、二及び三番目の原子を含む平面と二、三及び四番目の原子を含む平面とがなす二面角に依存するポテンシャルであり、四つの原子はトーションのポテンシャルの下で二面角が変化する変角振動運動を行う。また非結合ポテンシャルは、原子間のレナードジョーンズポテンシャルである。   In the molecular dynamics method, as the potential between atoms, a bonding potential that exists between atoms that are bonded to each other and a non-bond that is a potential that exists between atoms including atoms that are not bonded to each other. Calculate the potential. The bond potential includes so-called bond, angle and torsion potentials. The potential of the bond is a potential that depends on the bond distance between the atoms to be bonded, and the atom performs an oscillating motion in which the bond distance expands and contracts under the bond potential. The potential of the angle depends on the bond angle between the straight line containing the first and second atoms and the straight line containing the second and third atoms in a state where three atoms are bonded in a straight line. And the three atoms perform an oscillating motion in which the bond changes under an angle potential. The torsional potential is a dihedral angle formed by a plane containing the first, second and third atoms and a plane containing the second, third and fourth atoms in a state where four atoms are bonded in a straight chain. The four atoms undergo a variable oscillation motion in which the dihedral angle changes under the torsional potential. The nonbonding potential is a Leonard Jones potential between atoms.

分子動力学法では、計算対象の系に含まれる各原子について以上の如きポテンシャルを計算し、計算したポテンシャルの下での各原子の運動を計算する。分子動力学法での計算単位が原子であるのに対して、粗視化分子動力学法では、複数の原子が集合した粗視化ユニットを計算単位として同様の計算を行う。即ち、粗視化分子動力学法では、粗視化ユニット間のポテンシャルを計算し、計算したポテンシャルの下での各粗視化ユニットの運動を計算する。   In the molecular dynamics method, the potential as described above is calculated for each atom included in the system to be calculated, and the motion of each atom under the calculated potential is calculated. Whereas the calculation unit in the molecular dynamics method is an atom, the coarse-grained molecular dynamics method performs the same calculation using a coarse-grained unit in which a plurality of atoms are aggregated as a calculation unit. That is, in the coarse-grained molecular dynamics method, the potential between the coarse-grained units is calculated, and the motion of each coarse-grained unit under the calculated potential is calculated.

次に、本発明のシミュレーション装置1が実行するモデル生成方法及びシミュレーション方法の内容を説明する。図2は、シミュレーション装置1が行うパラメータ計算処理の手順を示すフローチャートである。CPU11は、必要に応じてRAM12にロードしたコンピュータプログラム20に従って、以下の処理を実行する。シミュレーション装置1は、使用者が入力部15を操作すること等によって処理の開始指示を受け付け、CPU11は、まず、記憶部14が記憶するパラメータデータベース21から、ゴム分子の単量体であるイソプレンモノマーに含まれる原子のデータをRAM12へ読み出す(S101)。CPU11は、次に、イソプレンモノマーに含まれる原子のモデルを適切な他の原子のモデルに結合させることによって、シス体のイソプレンモノマーを表したイソプレンモノマーのモデルを生成する(S102)。なお、CPU11は、イソプレンモノマーに含まれる各原子のモデルの画像を出力部16から出力し、使用者が入力部15を操作することによって結合させる原子を選択する指示を入力部15で受け付け、受け付けた指示に従って各原子のモデルを結合させる処理を行ってもよい。CPU11は、次に、生成した複数のイソプレンモノマーのモデルを64個直鎖状に結合させて、イソプレンモノマーが64個結合したポリイソプレンを表すゴム分子の粗視化ユニットを生成する(S103)。   Next, the contents of the model generation method and simulation method executed by the simulation apparatus 1 of the present invention will be described. FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of parameter calculation processing performed by the simulation apparatus 1. The CPU 11 executes the following processing according to the computer program 20 loaded into the RAM 12 as necessary. The simulation apparatus 1 accepts a processing start instruction by a user operating the input unit 15 or the like, and the CPU 11 first receives an isoprene monomer that is a monomer of a rubber molecule from the parameter database 21 stored in the storage unit 14. The data of atoms included in is read into the RAM 12 (S101). Next, the CPU 11 generates an isoprene monomer model representing the cis-isoprene monomer by combining the atom model contained in the isoprene monomer with an appropriate other atom model (S102). The CPU 11 outputs an image of the model of each atom contained in the isoprene monomer from the output unit 16, and receives and accepts an instruction for selecting an atom to be combined by operating the input unit 15 by the user. The process of combining the models of each atom may be performed in accordance with the specified instructions. Next, the CPU 11 combines 64 generated isoprene monomer models in a straight chain to generate a coarse-grained unit of rubber molecules representing polyisoprene in which 64 isoprene monomers are bonded (S103).

図3は、ポリイソプレンの構造を示す模式的構造図である。ポリイソプレンは、イソプレンCH2 =C(CH3 )CH=CH2が重合した重合体であり、図中にはシス1,4ポリイソプレンを示す。図中のnは、括弧で囲まれた構造のイソプレンモノマーが連続して結合していることを示す。ポリイソプレンは、イソプレンモノマーの構造をトランス体とする等、シス1,4ポリイソプレン以外の構造をとることも可能であるが、本実施の形態では、CPU11は、ゴム分子の粗視化ユニットとしてシス1,4ポリイソプレンを表す粗視化ユニットを生成する。シス1,4ポリイソプレンは天然ゴムの主成分と同一の分子構造であり、シス1,4ポリイソプレンを表す粗視化ユニットを用いることで天然ゴムを表すモデルの生成が可能となる。 FIG. 3 is a schematic structural diagram showing the structure of polyisoprene. The polyisoprene is a polymer obtained by polymerizing isoprene CH 2 ═C (CH 3 ) CH═CH 2 , and cis 1,4 polyisoprene is shown in the figure. N in the figure indicates that isoprene monomers having a structure enclosed in parentheses are continuously bonded. The polyisoprene can take a structure other than cis 1,4 polyisoprene, such as a trans isomer structure of the isoprene monomer. A coarse-grained unit representing cis 1,4 polyisoprene is produced. Since cis 1,4 polyisoprene has the same molecular structure as the main component of natural rubber, a model representing natural rubber can be generated by using a coarse-grained unit representing cis 1,4 polyisoprene.

CPU11は、次に、記憶部14が記憶するパラメータデータベース21から、ゴム分子の粗視化ユニットに係るパラメータをRAM12へ読み出し、分子動力学法によりゴム分子の粗視化ユニットを構造最適化する計算を行う(S104)。なおCPU11は、構造最適化のために分子軌道法等の分子動力学以外の計算法を併用してもよい。CPU11は、次に、ゴム分子の粗視化ユニットを102個直鎖状に結合させて、粗視化ユニットが102個結合したゴム分子のモデルを生成し(S105)、分子動力学法により、生成したゴム分子のモデルを構造最適化する計算を行う(S106)。CPU11は、次に、構造最適化したゴム分子のモデルに対して、300Kの温度条件で分子動力学法の計算を行い、ゴム分子のモデルの平衡構造を求める(S107)。   Next, the CPU 11 reads out the parameters relating to the coarse-grained unit of rubber molecules from the parameter database 21 stored in the storage unit 14 to the RAM 12, and calculates the structure of the coarse-grained unit of rubber molecules by the molecular dynamics method. (S104). Note that the CPU 11 may use a calculation method other than molecular dynamics such as a molecular orbital method in order to optimize the structure. Next, the CPU 11 linearly couples 102 coarse-grained units of rubber molecules to generate a model of rubber molecules in which 102 coarse-grained units are joined (S105). Calculation is performed to optimize the structure of the generated rubber molecule model (S106). Next, the CPU 11 performs a molecular dynamics calculation on the structure-optimized rubber molecule model under a temperature condition of 300K to obtain an equilibrium structure of the rubber molecule model (S107).

図4は、ゴム分子のモデルを模式的に示す模式図である。図中の球はシス1,4ポリイソプレンを表す粗視化ユニットを示し、粗視化ユニットが直鎖状に結合されてゴム分子のモデルが構成されている。平衡構造を求めたゴム分子のモデルは、本発明に係る高分子のモデルに相当する。   FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing a model of rubber molecules. The spheres in the figure represent coarse-grained units representing cis 1,4 polyisoprene, and the coarse-grained units are linked in a straight chain to form a rubber molecule model. The rubber molecule model for which the equilibrium structure has been obtained corresponds to the polymer model according to the present invention.

CPU11は、次に、平衡構造を求めたゴム分子のモデルについて、粗視化分子動力学法の計算に必要な粗視化ポテンシャルのパラメータを計算する(S108)。ここでCPU11は、ゴム分子のモデルの平衡構造を求めた分子動力学法の計算結果から、粗視化ユニットの重心間の距離、粗視化ユニットの重心間の結合角、及び粗視化ユニットの重心間の二面角の分布を計算し、計算によって得られた粗視化ユニット間の距離、結合角及び二面角の分布関数に基づいて、ゴム分子の粗視化ユニット間に存在するボンド、アングル及びトーションの粗視化結合ポテンシャルのパラメータを計算する。またCPU11は、2つの粗視化ユニットに含まれる原子間の非結合ポテンシャルの総和を2つの粗視化ユニット間の全ての配向に渡って平均した結果に基づいて、ゴム分子の粗視化ユニット間に存在する粗視化非結合ポテンシャルのパラメータを計算する。   Next, the CPU 11 calculates parameters of the coarse-grained potential necessary for calculation of the coarse-grained molecular dynamics method with respect to the rubber molecule model for which the equilibrium structure has been obtained (S108). Here, the CPU 11 calculates the distance between the centroids of the coarse-grained unit, the coupling angle between the centroids of the coarse-grained unit, and the coarse-grained unit from the calculation result of the molecular dynamics method for obtaining the equilibrium structure of the rubber molecule model. Calculate the distribution of dihedral angles between the centroids of rubber, and present between the coarse-grained units of rubber molecules based on the distance between the coarse-grained units, the bond angle and the dihedral angle distribution function obtained by the calculation Calculate the coarse-grained coupling potential parameters for bond, angle and torsion. The CPU 11 also determines the coarse-grained unit of rubber molecules based on the result of averaging the sum of the non-bonding potentials between atoms contained in the two coarse-grained units over all orientations between the two coarse-grained units. Calculate the parameters of the coarse-grained unbonded potential that exist between them.

CPU11は、次に、石英粒子のモデルを生成するために、記憶部14が記憶するパラメータデータベース21から、アルファ石英の結晶構造のデータを読み出し(S109)、81個の二酸化珪素のモデルをアルファ石英の結晶構造に従って結合させることで、石英粒子の粗視化ユニットを生成する(S110)。図5は、アルファ石英の結晶構造の一部を示す模式的構造図である。アルファ石英は、二酸化珪素SiO2 の常温常圧における結晶相であり、四つの酸素原子(O)が四面体の頂点に配置され、珪素原子(Si)が各原子から等距離になるように配置された構造となっている。アルファ石英の粒子は、路面に存在する砂利の主成分であり、アルファ石英粒子を表すモデルを生成することで、現実の砂利に即したモデルを生成することができる。 Next, in order to generate a model of quartz particles, the CPU 11 reads out the data of the crystal structure of alpha quartz from the parameter database 21 stored in the storage unit 14 (S109), and the 81 silicon dioxide models are alpha quartz. By combining them according to the crystal structure, a coarse-grained unit of quartz particles is generated (S110). FIG. 5 is a schematic structural diagram showing a part of the crystal structure of alpha quartz. Alpha quartz is a crystalline phase of silicon dioxide SiO 2 at room temperature and normal pressure, with four oxygen atoms (O) arranged at the apexes of the tetrahedron and silicon atoms (Si) arranged equidistant from each atom. It has a structured. Alpha quartz particles are the main component of gravel existing on the road surface, and by generating a model representing the alpha quartz particles, a model that matches the actual gravel can be generated.

CPU11は、次に、石英粒子の粗視化ユニット間の粗視化非結合ポテンシャル、及びゴム分子の粗視化ユニットと石英粒子の粗視化ユニットとの間の粗視化非結合ポテンシャルに係るパラメータを計算する(S111)。図6は、一般的な粒子間の非結合ポテンシャルを示す特性図である。図中の横軸は粒子の中心間距離rを示し、縦軸は各rにおける粒子間の非結合ポテンシャルの値を示す。非結合ポテンシャルは、レナードジョーンズポテンシャルであり、rが所定のパラメータσ以下では、0以上で非常に大きな値となり、r>σでは値は0以下となって、r=21/6 σで極小値をとる。従って、非結合ポテンシャルの下では、r≦σの状態では粒子間に大きな斥力が発生し、r>σの状態では粒子間に引力が発生する。即ち、非結合ポテンシャルのパラメータσは、隣接する粒子の半径の和に相当し、同種類の粒子間では粒子の直径に相当する。 The CPU 11 then relates to the coarse-grained non-bonding potential between the coarse-grained units of quartz particles and the coarse-grained non-bonded potential between the coarse-grained unit of rubber molecules and the coarse-grained unit of quartz particles. The parameter is calculated (S111). FIG. 6 is a characteristic diagram showing a general non-bonding potential between particles. In the figure, the horizontal axis represents the distance r between the centers of the particles, and the vertical axis represents the value of the non-bonding potential between the particles at each r. The non-bond potential is a Leonard Jones potential. When r is less than or equal to the predetermined parameter σ, the bond potential is 0 or more, and when r> σ, the value is 0 or less, and r = 2 1/6 σ is minimal. Takes a value. Therefore, under the non-bonding potential, a large repulsive force is generated between the particles when r ≦ σ, and an attractive force is generated between the particles when r> σ. That is, the parameter σ of the non-bonding potential corresponds to the sum of the radii of adjacent particles, and corresponds to the particle diameter between the same type of particles.

ステップS111では、CPU11は、原子をファンデルワールス(vdw)半径を有する球として、粗視化ユニットに含まれる原子の体積の総和に等しい体積を有する球の半径を粗視化ユニットのvdw半径として求める。またCPU11は、求めた粗視化ユニットのvdw半径に基づいて、石英粒子の粗視化ユニット間、及びゴム分子の粗視化ユニットと石英粒子の粗視化ユニットとの間の粗視化非結合ポテンシャルの暫定的なパラメータσを計算する。またCPU11は、計算したパラメータσを用いて、2つの粗視化ユニットに含まれる原子間の非結合ポテンシャルに基づいて、r=21/6 σ付近の粗視化ユニット間の非結合ポテンシャルを計算し、非結合ポテンシャルの値が最小値となるrの値を求める。更にCPU11は、計算した非結合ポテンシャルの最小値、及び最小値が得られるrの値に基づいて、粗視化非結合ポテンシャルのパラメータを求める。このときCPU11は、非結合ポテンシャルの値が最小値となるrの値がr=21/6σとなるようにパラメータσを修正する。 In step S111, the CPU 11 sets the atom as a sphere having a van der Waals (vdw) radius, and sets the radius of a sphere having a volume equal to the sum of the volumes of atoms included in the coarse-grained unit as the vdw radius of the coarse-grained unit. Ask. Further, the CPU 11 determines whether or not to coarse-grain between the coarse-grained units of quartz particles and between the coarse-grained units of rubber molecules and the coarse-grained units of quartz particles based on the obtained vdw radius of the coarse-grained units. The provisional parameter σ of the binding potential is calculated. Further, the CPU 11 calculates the non-bonding potential between the coarse-grained units near r = 2 1/6 σ based on the non-bonded potential between atoms included in the two coarse-grained units using the calculated parameter σ. The value of r is calculated so that the value of the non-bonding potential becomes the minimum value. Further, the CPU 11 obtains a parameter of the coarse-grained non-bonded potential based on the calculated minimum value of the non-bonded potential and the value of r from which the minimum value is obtained. At this time, the CPU 11 corrects the parameter σ so that the value of r at which the value of the non-bonding potential becomes the minimum value becomes r = 2 1/6 σ.

CPU11は、次に、生成した粗視化ユニットのデータ、及び求めた粗視化ポテンシャルのパラメータをRAM12又は記憶部14に記憶させ(S112)、パラメータ計算処理を終了する。   Next, the CPU 11 stores the generated coarse-graining unit data and the obtained coarse-graining potential parameter in the RAM 12 or the storage unit 14 (S112), and ends the parameter calculation process.

図7は、シミュレーション装置1が行うモデル生成処理の手順を示すフローチャートである。図8は、生成するモデルを示す模式図である。CPU11は、必要に応じてRAM12にロードしたコンピュータプログラム20に従って、以下の処理を実行する。CPU11は、まず、その中でシミュレーションを実行するための直方体形状の仮想空間を生成する(S21)。ここでCPU11は、図8に示す如く、後述する石英粒子のモデルの直径をdとして、3d×3d×4dの仮想空間を生成する。CPU11は、次に、生成した仮想空間の下半分を占める3d×3d×2dの部分の内部に、ゴム分子のモデルを76個配置することによって、ゴム材料のモデルを生成する(S22)。図8中のハッチング部分はゴム材料のモデルを示す。ここでCPU11は、図8に示す如く、ゴム材料のモデルが、仮想空間内でゴム材料の表面に対応する上面を有するように、ゴム材料のモデルを生成する。また仮想空間の3d×3d×2dの部分に76個のゴム分子のモデルを配置することにより、ゴム材料のモデルは、仮想空間の内面に接する部分をゴム材料の内部に対応する側面及び底面とすることができるようにようになる。生成したゴム材料のモデルは、本発明に係る高分子物体のモデルに相当する。   FIG. 7 is a flowchart illustrating a procedure of model generation processing performed by the simulation apparatus 1. FIG. 8 is a schematic diagram showing a model to be generated. The CPU 11 executes the following processing according to the computer program 20 loaded into the RAM 12 as necessary. First, the CPU 11 generates a rectangular parallelepiped virtual space for executing a simulation therein (S21). Here, as shown in FIG. 8, the CPU 11 generates a virtual space of 3d × 3d × 4d, where d is the diameter of a quartz particle model to be described later. Next, the CPU 11 generates a rubber material model by arranging 76 models of rubber molecules inside the 3d × 3d × 2d portion that occupies the lower half of the generated virtual space (S22). The hatched portion in FIG. 8 shows a model of the rubber material. Here, as shown in FIG. 8, the CPU 11 generates a rubber material model so that the rubber material model has an upper surface corresponding to the surface of the rubber material in the virtual space. In addition, by arranging 76 rubber molecule models in the 3d × 3d × 2d portion of the virtual space, the rubber material model has a side surface and a bottom surface corresponding to the inside of the rubber material. To be able to. The generated rubber material model corresponds to the model of the polymer object according to the present invention.

CPU11は、次に、ゴム材料のモデルの側面の境界条件を周期境界条件に設定する(S23)。周期境界条件の下では、仮想空間の側面から飛び出したゴム分子の粗視化ユニットは、反対側の側面から仮想空間内に挿入される。周期境界条件を設定することによって、路面に接するゴム材料の一部を取り出した系に相当するモデルを生成することができる。CPU11は、次に、仮想空間の底面に対するゴム材料のモデルの境界条件を壁面境界条件に設定する(S24)。ここでCPU11は、ゴム分子の粗視化ユニットと仮想空間の底面との間にレナードジョーンズポテンシャルを設定することによって、ゴム材料のモデルと底面との間に引力が発生する壁面境界条件を実現し、以上の境界条件の下でゴム材料のモデルの平衡構造を求める計算を行う。   Next, the CPU 11 sets the boundary condition of the side surface of the rubber material model as the periodic boundary condition (S23). Under the periodic boundary condition, the coarse-grained unit of rubber molecules jumping out from the side surface of the virtual space is inserted into the virtual space from the opposite side surface. By setting the periodic boundary condition, a model corresponding to a system in which a part of the rubber material in contact with the road surface is taken out can be generated. Next, the CPU 11 sets the boundary condition of the model of the rubber material with respect to the bottom surface of the virtual space as the wall surface boundary condition (S24). Here, the CPU 11 realizes a wall boundary condition in which an attractive force is generated between the rubber material model and the bottom surface by setting a Leonard Jones potential between the coarse-grained unit of the rubber molecule and the bottom surface of the virtual space. The calculation which calculates | requires the equilibrium structure of the model of a rubber material under the above boundary conditions is performed.

CPU11は、次に、石英粒子の粗視化ユニット間の粗視化非結合ポテンシャルのパラメータσを用いて、隣接する石英粒子の粗視化ユニット間の中心間距離rをσ≦r≦21/6 σに設定した上で、直径dが約15nmになるように606個の石英粒子の粗視化ユニットを二層の球殻状に配置することによって、石英粒子のモデルを生成する(S25)。図9は、石英粒子のモデルの模式的断面図である。球の形状に沿って石英粒子の粗視化ユニットが二層に配置されており、石英粒子のモデルの内部は中空になっている。また隣接する石英粒子の粗視化ユニット間の中心間距離rがσ≦r≦21/6σとなっている。 Next, the CPU 11 uses the parameter σ of the coarse-grained non-coupling potential between the coarse-grained units of quartz particles to set the center-to-center distance r between the coarse-grained units of adjacent quartz particles to σ ≦ r ≦ 2 1. / 6 σ and setting a coarse particle unit of 606 quartz particles in a two-layer spherical shell shape so that the diameter d is about 15 nm, a quartz particle model is generated (S25). ). FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a model of quartz particles. The coarse grain unit of quartz particles is arranged in two layers along the shape of the sphere, and the interior of the quartz particle model is hollow. The center-to-center distance r between the coarse-grained units of adjacent quartz particles is σ ≦ r ≦ 2 1/6 σ.

CPU11は、次に、仮想空間内で生成した石英粒子のモデルをゴム材料のモデルの上面の上に配置し(S26)、モデル生成の処理を終了する。以上のパラメータ計算処理及びモデル生成処理の内容は、本発明のモデル生成方法の内容に相当する。   Next, the CPU 11 places the model of the quartz particle generated in the virtual space on the upper surface of the model of the rubber material (S26), and ends the model generation process. The contents of the above parameter calculation process and model generation process correspond to the contents of the model generation method of the present invention.

図10は、シミュレーション装置1が行うシミュレーション処理の手順を示すフローチャートである。CPU11は、必要に応じてRAM12にロードしたコンピュータプログラム20に従って、以下の処理を実行する。シミュレーション装置1は、使用者が入力部15を操作すること等によってシミュレーション処理の開始指示を受け付け、CPU11は、石英粒子のモデルをゴム材料のモデルに対して圧入させる(S31)。CPU11は、次に、入力部15で受け付ける指示又は予め定められている処理順に従って、石英粒子のモデルを仮想空間内で移動させる(S32)。このときCPU11は、石英粒子のモデルを更に圧入させるか、石英粒子のモデルを引き上げるか、又はゴム材料のモデルに圧入させた状態で石英粒子のモデルを横方向に移動させる等の処理を行う。   FIG. 10 is a flowchart illustrating a procedure of simulation processing performed by the simulation apparatus 1. The CPU 11 executes the following processing according to the computer program 20 loaded into the RAM 12 as necessary. The simulation apparatus 1 receives an instruction to start simulation processing by the user operating the input unit 15 or the like, and the CPU 11 press-fits a model of quartz particles into a model of rubber material (S31). Next, the CPU 11 moves the quartz particle model in the virtual space in accordance with an instruction received by the input unit 15 or a predetermined processing order (S32). At this time, the CPU 11 performs processing such as further press-fitting the quartz particle model, pulling up the quartz particle model, or moving the quartz particle model in a lateral direction while being pressed into the rubber material model.

CPU11は、次に、パラメータ計算処理で求めた粗視化ポテンシャルのパラメータを用いて、300Kの温度条件で粗視化分子動力学の計算を行うことにより、石英粒子のモデルの移動に伴ったゴム材料のモデルの形状変化を求め、形状変化に応じてゴム材料のモデルから石英粒子のモデルに対して発生する力を計算し(S33)、計算結果をRAM12又は記憶部14に記憶させる(S34)。CPU11は、次に、入力部15で受け付ける指示又は予め定められている処理順に従って、シミュレーション処理を終了すべきか否かを判定する(S35)。シミュレーション処理を終了すべきではないと判定した場合は(S35:NO)、CPU11は、処理をステップS32へ戻し、新たに石英粒子のモデルを移動させる。シミュレーション処理を終了すべきであると判定した場合は(S35:YES)、CPU11は、処理を終了する。   Next, the CPU 11 calculates the coarse-grained molecular dynamics under the temperature condition of 300K using the parameters of the coarse-grained potential obtained by the parameter calculation process, thereby causing the rubber accompanying the movement of the quartz particle model. A change in the shape of the material model is obtained, a force generated on the quartz particle model is calculated from the rubber material model in accordance with the change in shape (S33), and the calculation result is stored in the RAM 12 or the storage unit 14 (S34). . Next, the CPU 11 determines whether or not to end the simulation process according to an instruction received by the input unit 15 or a predetermined processing order (S35). If it is determined that the simulation process should not be terminated (S35: NO), the CPU 11 returns the process to step S32 and newly moves the quartz particle model. If it is determined that the simulation process should be terminated (S35: YES), the CPU 11 terminates the process.

以上のシミュレーション処理を行うにあたっては、隣接する石英粒子の粗視化ユニット間の中心間距離rをσ≦r≦21/6 σとすることによって、石英粒子のモデル内にゴム分子の粗視化ユニットが侵入することを抑制することができる。図11は、シミュレーション処理において石英粒子のモデル内に侵入するゴム分子の粗視化ユニット数を示す特性図である。図の横軸はシミュレーションにおいて石英粒子のモデルがゴム材料のモデルに対して圧入する深さを示し、縦軸は圧入深さに応じて石英粒子のモデル内に侵入するゴム分子の粗視化ユニット数を示す。図中の菱形のマークはr=2σとした場合を示し、石英粒子のモデルの圧入深さが増大するに従って、石英粒子のモデル内に侵入するゴム分子の粗視化ユニット数も増大する。図中の丸のマークはr=21/6σとした場合を示し、三角のマークはr=σとした場合を示す。r=21/6 σ及びr=σの場合は、石英粒子のモデルの圧入深さが増大しても、石英粒子のモデル内に侵入するゴム分子の粗視化ユニット数はr=2σの場合に比べて大幅に少なく、ほぼゼロを保っている。 In performing the above simulation processing, the center-to-center distance r between the coarse-grained units of adjacent quartz particles is set to σ ≦ r ≦ 2 1/6 σ so that the coarse-grained rubber molecules are included in the quartz particle model. It is possible to prevent the intrusion unit from entering. FIG. 11 is a characteristic diagram showing the number of coarse-grained units of rubber molecules that enter the quartz particle model in the simulation process. The horizontal axis in the figure shows the depth at which the quartz particle model is pressed into the rubber material model in the simulation, and the vertical axis is the coarse-grained unit of rubber molecules that penetrates into the quartz particle model according to the press-in depth. Indicates a number. The rhombus marks in the figure indicate the case where r = 2σ, and the number of coarse-grained units of rubber molecules that enter the quartz particle model increases as the press-in depth of the quartz particle model increases. The round mark in the figure indicates the case where r = 2 1/6 σ, and the triangular mark indicates the case where r = σ. In the case of r = 2 1/6 σ and r = σ, the number of coarse-grained units of rubber molecules entering the quartz particle model is r = 2σ even if the indentation depth of the quartz particle model is increased. Compared to the case, it is much less and almost zero.

このように、本発明においては、石英球がゴム材料に接触する現象に対応するシミュレーションを行う際に、ゴム分子が石英球内に侵入するという不自然な現象が発生することを抑制し、現実の現象に対応したシミュレーション結果を得ることが可能となる。また本発明では、石英粒子のモデル内に石英粒子の粗視化ユニットを充填せずに石英粒子のモデル内を中空にした状態で、石英粒子のモデル内にゴム分子の粗視化ユニットが侵入することを防止することができるので、計算コストの増大を抑制することができる。   As described above, the present invention suppresses the occurrence of an unnatural phenomenon that rubber molecules enter the quartz sphere when performing a simulation corresponding to the phenomenon in which the quartz sphere contacts the rubber material. It is possible to obtain a simulation result corresponding to this phenomenon. Further, in the present invention, the coarse particle unit of rubber molecules enters the quartz particle model in a state where the quartz particle model is not filled in the quartz particle model and the quartz particle model is hollow. Therefore, it is possible to prevent an increase in calculation cost.

また本発明に係るシミュレーション処理を行うにあたっては、仮想空間の底面に対するゴム材料のモデルの境界条件を壁面境界条件に設定したことによって、ゴム材料のモデル全体が浮き上がることを抑制することができる。従来、仮想空間の底面に対するゴム材料のモデルの境界条件が反射境界条件である場合は、ゴム材料のモデルが石英粒子のモデルに引きつけられて、ゴム材料のモデル全体が浮き上がり、仮想空間の底面とゴム材料のモデルとの間に隙間が生じていた。しかし本発明では、仮想空間の底面に対するゴム材料のモデルの境界条件が壁面境界条件であることにより、ゴム材料のモデルが石英粒子のモデルに引きつけられても、ゴム材料のモデルと底面との間に引力が発生するので、ゴム材料のモデル全体が浮き上がることはない。   Further, in performing the simulation processing according to the present invention, the boundary condition of the rubber material model with respect to the bottom surface of the virtual space is set as the wall surface boundary condition, so that the entire rubber material model can be prevented from floating. Conventionally, when the boundary condition of the rubber material model with respect to the bottom surface of the virtual space is the reflection boundary condition, the rubber material model is attracted to the quartz particle model, and the entire rubber material model is lifted, and the bottom surface of the virtual space is There was a gap with the rubber material model. However, in the present invention, since the boundary condition of the rubber material model with respect to the bottom surface of the virtual space is the wall surface boundary condition, even if the rubber material model is attracted to the quartz particle model, As a result, the entire rubber material model will not be lifted.

このように、本発明においては、石英球がゴム材料に接触する現象に対応するシミュレーションを行う際に、石英球がゴム材料に接近するに従ってゴム材料全体が石英球に引きつけられてゴム材料の密度分布が不自然に変化することを抑制し、現実の現象に対応したシミュレーション結果を得ることが可能となる。また本発明では、ゴム材料のモデルのサイズをより大きくすることなく、ゴム材料全体が石英球に引きつけられることを防止することができるので、計算コストの増大を抑制することができる。   Thus, in the present invention, when performing a simulation corresponding to the phenomenon that the quartz sphere contacts the rubber material, the entire rubber material is attracted to the quartz sphere as the quartz sphere approaches the rubber material, and the density of the rubber material is increased. It is possible to suppress a change in distribution unnaturally and obtain a simulation result corresponding to an actual phenomenon. Further, in the present invention, since the entire rubber material can be prevented from being attracted to the quartz sphere without increasing the size of the model of the rubber material, an increase in calculation cost can be suppressed.

次に、本発明に係るシミュレーション処理による処理結果を示す。図12は、石英粒子のモデルをゴム材料のモデルに対して圧入した場合、及び石英粒子のモデルを引き上げた場合に発生する力を計算した結果を示す特性図である。図中の横軸は、ゴム材料のモデルの上面を0とした垂直位置を示し、マイナスの値は石英粒子のモデルのゴム材料のモデルに対する接触部分がゴム材料のモデルの上面から内部へ入り込んでいることを示す。図中の縦軸は、ゴム材料のモデルから石英粒子のモデルに掛かる垂直方向の力を示し、プラスの値は石英粒子のモデルに対する反発力が発生していることを示し、マイナスの値は石英粒子のモデルを吸着する吸着力が発生していることを示している。また図中の丸印は、垂直位置0の位置から石英粒子のモデルをゴム材料のモデルへ徐々に深く圧入しながら各位置で計算した力を示す。更に図中の菱形印は、石英粒子のモデルをゴム材料のモデルへ圧入した最深部からゴム材料のモデルを徐々に引き上げながら各位置で計算した力を示す。   Next, a processing result by the simulation processing according to the present invention will be shown. FIG. 12 is a characteristic diagram showing the result of calculating the force generated when the quartz particle model is pressed into the rubber material model and when the quartz particle model is pulled up. The horizontal axis in the figure indicates the vertical position where the top surface of the rubber material model is 0, and a negative value indicates that the contact portion of the quartz particle model with the rubber material model enters from the top surface of the rubber material model to the inside. Indicates that The vertical axis in the figure indicates the vertical force applied from the rubber material model to the quartz particle model, a positive value indicates that a repulsive force is generated against the quartz particle model, and a negative value indicates quartz. It shows that an adsorption force that adsorbs the particle model is generated. The circles in the figure indicate the force calculated at each position while the quartz particle model is gradually and deeply pressed into the rubber material model from the position of the vertical position 0. Furthermore, the rhombus marks in the figure indicate the force calculated at each position while gradually lifting the model of the rubber material from the deepest part where the quartz particle model is press-fitted into the model of the rubber material.

図12に示す如く、石英粒子のモデルをゴム材料のモデルに対して圧入した場合はゴム材料のモデルから反発力が発生しており、ゴム材料の路面に対する反発が実現されている。また石英粒子のモデルを引き上げた場合は、値がマイナスになった吸着力が発生しており、特に、石英粒子のモデルの垂直位置が0を越えた位置でも吸着力が発生している。これにより、ゴム材料による吸着が実現されている。   As shown in FIG. 12, when a quartz particle model is press-fitted into a rubber material model, a repulsive force is generated from the rubber material model, and repulsion of the rubber material against the road surface is realized. Further, when the quartz particle model is pulled up, an adsorption force having a negative value is generated, and in particular, the adsorption force is generated even at a position where the vertical position of the quartz particle model exceeds zero. Thereby, the adsorption | suction by a rubber material is implement | achieved.

図13は、石英粒子のモデルをゴム材料のモデルに対して圧入した状態で石英粒子のモデルを水平方向へ移動させた場合に発生する力を計算した結果を示す特性図である。図中の横軸は、ゴム材料のモデル内での水平位置を示し、最初に石英粒子のモデルを圧入した位置を0としている。図中の縦軸は、ゴム材料のモデルから石英粒子のモデルに掛かる水平方向の力を絶対値で示している。図中の菱形印は、石英粒子のモデルをゴム材料のモデルへ圧入して水平位置がプラスの値になる方向へ移動させながら各位置で計算した力を示す。また図中の三角印は、菱形印で示す移動が終了した直後に逆方向へ石英粒子のモデルを移動させて各位置で計算した力を示す。また図中の丸印は、三角印で示す移動が終了した直後に逆方向へ石英粒子のモデルを移動させて各位置で計算した力を示す。   FIG. 13 is a characteristic diagram showing a result of calculating a force generated when the quartz particle model is moved in the horizontal direction in a state where the quartz particle model is press-fitted into the rubber material model. The horizontal axis in the figure indicates the horizontal position in the model of the rubber material, and the position where the quartz particle model is first press-fitted is zero. The vertical axis in the figure represents the horizontal force applied from the rubber material model to the quartz particle model as an absolute value. The diamond marks in the figure indicate the force calculated at each position while pressing the quartz particle model into the rubber material model and moving the horizontal position in the direction of a positive value. In addition, the triangle marks in the figure indicate the force calculated at each position by moving the quartz particle model in the reverse direction immediately after the movement indicated by the diamond marks is completed. The circles in the figure indicate the forces calculated at each position by moving the quartz particle model in the reverse direction immediately after the movement indicated by the triangles is completed.

図13に示す如く、石英粒子のモデルをゴム材料のモデルに圧入させて移動させることに応じて、ゴム材料のモデルから石英粒子のモデルに対して弾性力が発生する。また石英粒子を一方向へ移動させた直後に逆方向へ移動させた場合、移動方向を逆転した後の弾性力は移動方向を逆転する前の弾性力に比べて絶対値が小さくなっており、ゴム等の粘弾性体に特有の弾性ヒステリシスが再現されていることがわかる。このように、本発明では、ゴム材料による石英粒子の吸着、及び弾性ヒステリシスの発生等、現実のゴム材料に発生する現象に対応したシミュレーション結果を得ることができる。従って、本発明を利用することによって、様々な組成又は構造のゴム材料の挙動のシミュレーションを行い、所望の性能を有するゴム材料の開発を促進させることが可能となる。   As shown in FIG. 13, an elastic force is generated from the rubber material model to the quartz particle model by pressing the quartz particle model into the rubber material model and moving it. In addition, if the quartz particles are moved in the opposite direction immediately after moving the quartz particles in one direction, the elastic force after reversing the moving direction has a smaller absolute value than the elastic force before reversing the moving direction, It can be seen that the elastic hysteresis peculiar to viscoelastic bodies such as rubber is reproduced. As described above, in the present invention, it is possible to obtain a simulation result corresponding to a phenomenon occurring in an actual rubber material, such as adsorption of quartz particles by the rubber material and occurrence of elastic hysteresis. Therefore, by using the present invention, it is possible to simulate the behavior of rubber materials having various compositions or structures, and promote the development of rubber materials having desired performance.

なお、本実施の形態において行ったシミュレーションの具体的内容は一例であり、本発明においては、粗視化ユニットの構成及び数等を変更したシミュレーションを行うことも可能である。本実施の形態においては、シミュレーション対象である高分子物体は天然ゴムの主成分であるポリイソプレンであるとしたが、本発明では、シミュレーション対象である高分子物体を、ポリイソプレン以外の他の高分子としてもよい。例えば、高分子の粗視化ユニットとして、シス体のブタジエンが重合したポリブタジエン、又はシス体のブタジエンとスチレンとが共重合したブタジエン−スチレン共重合体を表す粗視化ユニットを用いてもよい。ポリイソプレン、ポリブタジエン及びブタジエン−スチレン共重合体は、単量体としてジエン系モノマーを用いたジエン系ゴムの成分である高分子化合物であり、タイヤのゴム材料として一般に用いられる。これらジエン系ゴムの成分である高分子化合物を表す粗視化ユニットを用いて本発明に係るシミュレーションを行うことにより、ジエン系ゴムを用いて形成されたタイヤが路面に接触するという現実の現象に即したシミュレーション結果を得ることができる。また本発明においては、高分子の粗視化ユニットに含まれる単量体の数、高分子のモデルを構成する高分子の粗視化ユニットの数、及び高分子物体のモデルを構成する高分子のモデルの数はシミュレーションを行うために適切な任意の数であってもよい。また高分子のモデルは、粗視化ユニットが鎖状に結合した構造に限らず、架橋構造を含んだものであってもよい。   Note that the specific contents of the simulation performed in this embodiment are merely examples, and in the present invention, it is possible to perform a simulation in which the configuration and number of coarse-graining units are changed. In the present embodiment, the polymer object to be simulated is polyisoprene, which is the main component of natural rubber. However, in the present invention, the polymer object to be simulated is replaced with a polymer object other than polyisoprene. It may be a molecule. For example, a coarse-grained unit representing a polybutadiene obtained by polymerizing cis-butadiene or a butadiene-styrene copolymer obtained by copolymerizing cis-butadiene and styrene may be used as the polymer coarse-grained unit. Polyisoprene, polybutadiene, and butadiene-styrene copolymer are polymer compounds that are components of diene rubber using a diene monomer as a monomer, and are generally used as a rubber material for tires. By performing a simulation according to the present invention using a coarse-grained unit representing a polymer compound that is a component of these diene rubbers, a real phenomenon that a tire formed using a diene rubber contacts a road surface is realized. An appropriate simulation result can be obtained. In the present invention, the number of monomers contained in the polymer coarse-graining unit, the number of polymer coarse-graining units constituting the polymer model, and the polymer constituting the polymer object model The number of models may be any number suitable for simulation. The polymer model is not limited to a structure in which the coarse-grained units are bonded in a chain, but may include a crosslinked structure.

また本実施の形態においては、シミュレーション対象である非変形物体はアルファ石英の構造を有する石英粒子であるとしたが、本発明では、シミュレーション対象である非変形物体を他の固体物質であるとしてもよい。例えば、非変形物体の粗視化ユニットとして、石英及びクリストバル石等のシリカ鉱物、雲母及び粘土鉱物等の層状ケイ酸塩鉱物、石灰石等の炭酸塩鉱物、並びに鉄鉱石等の所定の鉱物の結晶構造を表す粗視化ユニットを用いてもよい。これらの鉱物は、路面の骨材、舗装材料及び路面に存在する砂利等、路面に存在する固体物質の成分であり、これらの鉱物の結晶構造を表す粗視化ユニットを用いて本発明に係るシミュレーションを行うことにより、これらの固体物質が存在する路面に高分子でなるタイヤが接触するという現実の現象に即したシミュレーション結果を得ることができる。また本発明においては、非変形物体の粗視化ユニットに含まれる原子数、非変形物体のモデルの形状、非変形物体のモデルの大きさ、及び非変形物体のモデルを構成する粗視化ユニットの数は、シミュレーションを行うために任意に定めてもよい。また本実施の形態においては、石英粒子の粗視化ユニットを二層の球殻状に配置することによって石英粒子のモデルを構成する例を示したが、本発明では、非変形物体の形状に沿って一層又は三層以上の複数の粗視化ユニットを配置することで非変形物体のモデルを構成してもよい。   In the present embodiment, the non-deformable object to be simulated is a quartz particle having an alpha quartz structure. However, in the present invention, the non-deformable object to be simulated may be another solid substance. Good. For example, as a coarse-graining unit for undeformed objects, silica minerals such as quartz and cristobalite, layered silicate minerals such as mica and clay minerals, carbonate minerals such as limestone, and crystals of predetermined minerals such as iron ore A coarse-grained unit representing the structure may be used. These minerals are components of solid substances existing on the road surface, such as road surface aggregate, pavement material and gravel on the road surface, and according to the present invention using a coarse-grained unit representing the crystal structure of these minerals. By performing the simulation, it is possible to obtain a simulation result based on the actual phenomenon that the tire made of a polymer contacts the road surface on which these solid substances exist. In the present invention, the number of atoms included in the coarse-grained unit of the non-deformable object, the shape of the model of the non-deformable object, the size of the model of the non-deformable object, and the coarse-grain unit constituting the model of the non-deformable object May be arbitrarily determined in order to perform simulation. In the present embodiment, an example in which a quartz particle model is configured by arranging coarse-grained units of quartz particles in a two-layer spherical shell shape is shown, but in the present invention, the shape of an undeformed object is shown. A model of a non-deformable object may be configured by arranging a plurality of coarse-graining units of one layer or three or more layers along.

また本実施の形態においては、ゴム材料のモデル及び石英粒子のモデルを生成し、生成したモデルを用いてシミュレーションを行う処理例を示したが、本発明のシミュレーション装置1は、予め高分子物体のモデル及び非変形物体のモデル並びにシミュレーションに必要なパラメータを記憶部14に記憶しておき、必要に応じて高分子物体のモデル及び非変形物体のモデル並びにシミュレーションに必要なパラメータを記憶部14からRAM12へ読み出してシミュレーションを行う形態であってもよい。また本実施の形態においては、本発明のモデル生成装置及びシミュレーション装置の機能を一台のコンピュータで実現する形態を示したが、これに限るものではなく、本発明のモデル生成装置及びシミュレーション装置を複数のコンピュータを用いて実現する形態であってもよい。   In the present embodiment, the rubber material model and the quartz particle model are generated, and the simulation example is performed using the generated model. The model, the model of the non-deformable object, and the parameters necessary for the simulation are stored in the storage unit 14, and the model of the polymer object, the model of the non-deformable object, and the parameters necessary for the simulation are stored in the RAM 12 from the storage unit 14 as necessary. It is also possible to perform a simulation by reading out to. In the present embodiment, the function of the model generation device and the simulation device of the present invention is realized by a single computer. However, the present invention is not limited to this, and the model generation device and the simulation device of the present invention are not limited thereto. It may be realized by using a plurality of computers.

本発明のシミュレーション装置の内部の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure inside the simulation apparatus of this invention. シミュレーション装置が行うパラメータ計算処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the parameter calculation process which a simulation apparatus performs. ポリイソプレンの構造を示す模式的構造図である。It is a typical structure figure showing the structure of polyisoprene. ゴム分子のモデルを模式的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the model of a rubber molecule typically. アルファ石英の結晶構造の一部を示す模式的構造図である。It is a typical structure figure showing a part of crystal structure of alpha quartz. 一般的な粒子間の非結合ポテンシャルを示す特性図である。It is a characteristic view which shows the nonbonding potential between general particles. シミュレーション装置が行うモデル生成処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the model production | generation process which a simulation apparatus performs. 生成するモデルを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the model to produce | generate. 石英粒子のモデルの模式的断面図である。It is a typical sectional view of a model of quartz particles. シミュレーション装置が行うシミュレーション処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the simulation process which a simulation apparatus performs. シミュレーション処理において石英粒子のモデル内に侵入するゴム分子の粗視化ユニット数を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the number of coarse-grained units of rubber molecules that enter a quartz particle model in a simulation process. 石英粒子のモデルをゴム材料のモデルに対して圧入した場合、及び石英粒子のモデルを引き上げた場合に発生する力を計算した結果を示す特性図である。It is a characteristic view showing the result of calculating the force generated when the quartz particle model is pressed into the rubber material model and when the quartz particle model is pulled up. 石英粒子のモデルをゴム材料のモデルに対して圧入した状態で石英粒子のモデルを水平方向へ移動させた場合に発生する力を計算した結果を示す特性図である。It is a characteristic view showing the result of calculating the force generated when the quartz particle model is moved in the horizontal direction with the quartz particle model being pressed into the rubber material model.

符号の説明Explanation of symbols

1 シミュレーション装置(モデル生成装置)
11 CPU
12 RAM
14 記憶部
2 記録媒体
20 コンピュータプログラム
21 パラメータデータベース
1 Simulation device (model generation device)
11 CPU
12 RAM
14 Storage Unit 2 Recording Medium 20 Computer Program 21 Parameter Database

Claims (13)

複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うために、前記高分子物体の構成を表す高分子物体のモデルを生成する方法において、
所定数の単量体が互いに結合した構造を表す高分子の粗視化ユニットが複数結合した高分子のモデルを複数集合させることによって、高分子物体の表面に対応する上面、並びに前記高分子物体の内部に対応する側面及び底面を有する高分子物体のモデルを生成し、
生成した高分子物体のモデルの側面の境界条件を周期境界条件に設定し、
生成した高分子物体のモデルの底面の境界条件を壁面境界条件に設定すること
を特徴とするモデル生成方法。
A coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on the interaction between the coarse-grained units representing a set of atoms can be In order to perform a simulation of the behavior of the polymer object when a non-deformed object contacts, a method for generating a model of a polymer object representing the configuration of the polymer object,
An upper surface corresponding to the surface of the polymer object, and the polymer object by assembling a plurality of polymer models in which a plurality of polymer coarse-graining units representing a structure in which a predetermined number of monomers are bonded to each other A model of a polymer object having side and bottom surfaces corresponding to the interior of
Set the boundary condition of the side of the model of the generated polymer object to the periodic boundary condition,
A model generation method characterized by setting a boundary condition of a bottom surface of a model of a generated polymer object to a wall boundary condition.
複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うために、前記非変形物体の構成を表す非変形物体のモデルを生成する方法において、
非変形物体の一部分の構造を表す非変形物体の粗視化ユニットを非変形物体の形状に沿って複数配置することによって、非変形物体のモデルを生成し、
非変形物体のモデル内で隣接する非変形物体の粗視化ユニット間の距離を、非変形物体の粗視化ユニット間のレナードジョーンズポテンシャルが極小値になる距離以下に設定すること
を特徴とするモデル生成方法。
A coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on the interaction between the coarse-grained units representing a set of atoms can be In order to simulate the behavior of the polymer object when the non-deformable object comes into contact, in a method for generating a model of the non-deformable object representing the configuration of the non-deformable object,
Generating a model of the non-deformable object by arranging a plurality of coarse-grained units of the non-deformable object representing the structure of a part of the non-deformable object along the shape of the non-deformable object;
The distance between coarse-graining units of adjacent non-deformable objects in the model of non-deformable objects is set to be equal to or less than the distance at which the Leonard Jones potential between the coarse-grained units of non-deformable objects is minimal. Model generation method.
複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うために、前記非変形物体の構成を表す非変形物体のモデルを生成する方法において、
非変形物体の一部分の構造を表す非変形物体の粗視化ユニットを非変形物体の形状に沿って複数配置することによって、非変形物体のモデルを生成し、
非変形物体のモデル内で隣接する非変形物体の粗視化ユニットの中心間距離rを、非変形物体の粗視化ユニット間のレナードジョーンズポテンシャルが0になる中心間距離をσとしてσ≦r≦21/6 σに設定すること
を特徴とするモデル生成方法。
A coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on the interaction between the coarse-grained units representing a set of atoms can be In order to simulate the behavior of the polymer object when the non-deformable object comes into contact, in a method for generating a model of the non-deformable object representing the configuration of the non-deformable object,
Generating a model of the non-deformable object by arranging a plurality of coarse-grained units of the non-deformable object representing the structure of a part of the non-deformable object along the shape of the non-deformable object;
Σ ≦ r, where σ is the center-to-center distance r between coarse-graining units of non-deformable objects adjacent to each other in the non-deformable object model, and σ ≦ r ≤ 2 1/6 σ is set as a model generation method.
複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うために、前記高分子物体の構成を表す高分子物体のモデル、及び前記非変形物体の構成を表す非変形物体のモデルを生成する方法において、
所定数の単量体が互いに結合した構造を表す高分子の粗視化ユニットが複数結合した高分子のモデルを複数集合させることによって、高分子物体の表面に対応する上面、並びに前記高分子物体の内部に対応する側面及び底面を有する高分子物体のモデルを生成し、
生成した高分子物体のモデルの側面の境界条件を周期境界条件に設定し、
生成した高分子物体のモデルの底面の境界条件を壁面境界条件に設定し、
非変形物体の一部分の構造を表す非変形物体の粗視化ユニットを非変形物体の形状に沿って複数配置することによって、非変形物体のモデルを生成し、
非変形物体のモデル内で隣接する非変形物体の粗視化ユニット間の距離を、非変形物体の粗視化ユニット間のレナードジョーンズポテンシャルが極小値になる距離以下に設定すること
を特徴とするモデル生成方法。
A coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on the interaction between the coarse-grained units representing a set of atoms can be In order to simulate the behavior of the polymer object when the non-deformable object comes into contact, a model of the polymer object representing the configuration of the polymer object and a model of the non-deformable object representing the structure of the non-deformable object In the method of generating
An upper surface corresponding to the surface of the polymer object, and the polymer object by assembling a plurality of polymer models in which a plurality of polymer coarse-graining units representing a structure in which a predetermined number of monomers are bonded to each other A model of a polymer object having side and bottom surfaces corresponding to the interior of
Set the boundary condition of the side of the model of the generated polymer object to the periodic boundary condition,
Set the boundary condition of the bottom surface of the model of the generated polymer object to the wall boundary condition,
Generating a model of the non-deformable object by arranging a plurality of coarse-grained units of the non-deformable object representing the structure of a part of the non-deformable object along the shape of the non-deformable object;
The distance between coarse-graining units of adjacent non-deformable objects in the model of non-deformable objects is set to be equal to or less than the distance at which the Leonard Jones potential between the coarse-grained units of non-deformable objects is minimal. Model generation method.
前記非変形物体の粗視化ユニットは、所定の鉱物の結晶構造を表すことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか一つに記載のモデル生成方法。   The model generation method according to any one of claims 2 to 4, wherein the coarse-graining unit of the non-deformable object represents a crystal structure of a predetermined mineral. 前記高分子の粗視化ユニットは、ジエン系ゴムの成分である高分子化合物を表すことを特徴とする請求項1又は4に記載のモデル生成方法。   The model generation method according to claim 1, wherein the coarse-graining unit of the polymer represents a polymer compound that is a component of a diene rubber. 複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行う方法において、
請求項1乃至6のいずれか一つに記載のモデル生成方法により生成した高分子物体及び非変形物体のモデルを用いて、仮想空間内で高分子物体のモデルの上面に非変形物体のモデルを圧入させ、
粗視化分子動力学法により、圧入した非変形物体のモデルに対して高分子物体のモデルから生じる力を計算すること
を特徴とするシミュレーション方法。
A coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on the interaction between the coarse-grained units representing a set of atoms can be In a method of simulating the behavior of the polymer object when a non-deformed object comes into contact,
The model of the non-deformable object is placed on the upper surface of the model of the polymer object in the virtual space using the model of the polymer object and the non-deformable object generated by the model generation method according to claim 1. Press fit,
A simulation method characterized by calculating a force generated from a model of a polymer object against a model of a press-fitted non-deformed object by a coarse-grained molecular dynamics method.
複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うために、前記高分子物体の構成を表す高分子物体のモデルを生成するモデル生成装置において、
所定数の単量体が互いに結合した構造を表す高分子の粗視化ユニットが複数結合した高分子のモデルを複数集合させることによって、高分子物体の表面に対応する上面、並びに前記高分子物体の内部に対応する側面及び底面を有する高分子物体のモデルを生成する手段と、
生成した高分子物体のモデルの側面の境界条件を周期境界条件に設定する手段と、
生成した高分子物体のモデルの底面の境界条件を壁面境界条件に設定する手段と
を備えることを特徴とするモデル生成装置。
A coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on the interaction between the coarse-grained units representing a set of atoms can be In a model generation device for generating a model of a polymer object representing a configuration of the polymer object, in order to perform a simulation of the behavior of the polymer object when a non-deformable object comes into contact,
An upper surface corresponding to the surface of the polymer object, and the polymer object by assembling a plurality of polymer models in which a plurality of polymer coarse-graining units representing a structure in which a predetermined number of monomers are bonded to each other Means for generating a model of a polymer object having side and bottom surfaces corresponding to the interior of
Means for setting the boundary condition of the side surface of the model of the generated polymer object to the periodic boundary condition;
And a means for setting the boundary condition of the bottom surface of the model of the generated polymer object to the wall boundary condition.
複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うために、前記非変形物体の構成を表す非変形物体のモデルを生成するモデル生成装置において、
非変形物体の一部分の構造を表す非変形物体の粗視化ユニットを非変形物体の形状に沿って複数配置することによって、非変形物体のモデルを生成する手段と、
非変形物体のモデル内で隣接する非変形物体の粗視化ユニット間の距離を、非変形物体の粗視化ユニット間のレナードジョーンズポテンシャルが極小値になる距離以下に設定する手段と
を備えることを特徴とするモデル生成装置。
A coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on the interaction between the coarse-grained units representing a set of atoms can be In a model generation device for generating a model of a non-deformable object representing a configuration of the non-deformable object in order to perform a simulation of the behavior of the polymer object when the non-deformable object comes into contact,
Means for generating a model of the non-deformable object by arranging a plurality of coarse-grained units of the non-deformable object representing the structure of a part of the non-deformable object along the shape of the non-deformable object;
Means for setting a distance between coarse-graining units of adjacent non-deformable objects in a non-deformable object model to be equal to or less than a distance at which the Leonard Jones potential between the coarse-graining units of non-deformable objects is a minimum value. A model generation device characterized by the above.
複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うシミュレーション装置において、
請求項1乃至6のいずれか一つに記載のモデル生成方法により生成した高分子物体及び非変形物体のモデルを用いて、仮想空間内で高分子物体のモデルの上面に非変形物体のモデルを圧入させる手段と、
粗視化分子動力学法により、圧入した非変形物体のモデルに対して高分子物体のモデルから生じる力を計算する手段と
を備えることを特徴とするシミュレーション装置。
A coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on the interaction between the coarse-grained units representing a set of atoms can be In a simulation apparatus for simulating the behavior of the polymer object when a non-deformable object comes into contact,
The model of the non-deformable object is placed on the upper surface of the model of the polymer object in the virtual space using the model of the polymer object and the non-deformable object generated by the model generation method according to claim 1. Means for press-fitting,
A simulation apparatus comprising: means for calculating a force generated from a model of a polymer object with respect to a model of a press-fitted nondeformable object by a coarse-grained molecular dynamics method.
複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うために、コンピュータに、前記高分子物体の構成を表す高分子物体のモデルを生成させるコンピュータプログラムにおいて、
コンピュータに、所定数の単量体が互いに結合した構造を表す高分子の粗視化ユニットが複数結合した高分子のモデルを複数集合させることによって、高分子物体の表面に対応する上面、並びに前記高分子物体の内部に対応する側面及び底面を有する高分子物体のモデルを生成させる手順と、
コンピュータに、生成した高分子物体のモデルの側面の境界条件を周期境界条件に設定させる手順と、
コンピュータに、生成した高分子物体のモデルの底面の境界条件を壁面境界条件に設定させる手順と
を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
A coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on the interaction between the coarse-grained units representing a set of atoms can be In a computer program for causing a computer to generate a model of a polymer object that represents a configuration of the polymer object, in order to perform a simulation of the behavior of the polymer object when a non-deformable object comes into contact,
By assembling a plurality of polymer models in which a plurality of macroscopic coarse-graining units representing a structure in which a predetermined number of monomers are bonded to each other is collected in a computer, an upper surface corresponding to the surface of the polymer object, and Generating a model of a polymer object having side and bottom surfaces corresponding to the interior of the polymer object;
A procedure for causing the computer to set the boundary condition of the side surface of the model of the generated polymer object as a periodic boundary condition;
A computer program comprising: causing a computer to set a boundary condition of a bottom surface of a model of a generated polymer object as a wall boundary condition.
複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行うために、コンピュータに、前記非変形物体の構成を表す非変形物体のモデルを生成させるコンピュータプログラムにおいて、
コンピュータに、非変形物体の一部分の構造を表す非変形物体の粗視化ユニットを非変形物体の形状に沿って複数配置することによって、非変形物体のモデルを生成させる手順と、
コンピュータに、非変形物体のモデル内で隣接する非変形物体の粗視化ユニット間の距離を、非変形物体の粗視化ユニット間のレナードジョーンズポテンシャルが極小値になる距離以下に設定させる手順と
を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
A coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of an object based on the interaction between the coarse-grained units representing a set of atoms can be In a computer program for causing a computer to generate a model of an undeformed object representing a configuration of the undeformed object in order to perform a simulation of the behavior of the polymer object when the non-deformed object is in contact,
A step of causing a computer to generate a model of a non-deformable object by arranging a plurality of coarse-grained units of the non-deformable object representing a structure of a part of the non-deformable object along the shape of the non-deformable object;
A procedure for causing a computer to set a distance between coarse-graining units of adjacent non-deformable objects in the model of the non-deformable object to be equal to or less than a distance at which the Leonard Jones potential between the coarse-grained units of the non-deformable object is a minimum value; A computer program comprising:
コンピュータに、複数の原子の集合を表す粗視化ユニットの間に働く相互作用に基づいて物体の挙動を計算する粗視化分子動力学法により、複数の高分子が集合した高分子物体の表面に他の非変形物体が接触した場合の前記高分子物体の挙動のシミュレーションを行わせるコンピュータプログラムにおいて、
コンピュータに、請求項1乃至6のいずれか一つに記載のモデル生成方法により生成した高分子物体及び非変形物体のモデルを用いて、仮想空間内で高分子物体のモデルの上面に非変形物体のモデルを圧入させる手順と、
コンピュータに、粗視化分子動力学法により、圧入した非変形物体のモデルに対して高分子物体のモデルから生じる力を計算させる手順と
を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
The surface of a polymer object in which multiple polymers are aggregated by a coarse-grained molecular dynamics method that calculates the behavior of the object based on the interaction between the coarse-grained units representing a set of atoms. In a computer program for performing a simulation of the behavior of the polymer object when another non-deformed object comes into contact with
Using a model of a polymer object and a non-deformed object generated by the model generation method according to any one of claims 1 to 6 on a computer, an undeformed object is placed on the upper surface of the model of the polymer object in a virtual space. The procedure to press-fit the model,
A computer program comprising: causing a computer to calculate a force generated from a model of a polymer object with respect to a model of a non-deformed object press-fitted by a coarse-grained molecular dynamics method.
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