JP2016009458A - 高分子材料モデル作成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高分子材料の少なくとも一部の体積に相当する予め定められた仮想の空間に、少なくとも一個のフィラー粒子モデルを有するフィラーモデルと、複数のポリマー粒子モデルを含むポリマーモデルとが配置された高分子材料モデルを、コンピュータを用いて作成する。高分子材料の少なくとも一部の体積に相当する予め定められた仮想の空間を設定する工程S1と、コンピュータが、空間に、フィラーモデルを配置する工程S2と、空間に、ポリマーモデルを配置するポリマーモデル定義工程S3と、隣接するポリマーモデルのポリマー粒子モデル間に、ポテンシャルを設定する工程S4と、隣接するフィラーモデル間、及び、ポリマーモデルとフィラーモデルとの各粒子間に、ポテンシャルを定義する工程S5とを含んでいる。
【選択図】図2
Description
本実施形態の高分子材料モデル作成方法(以下、単に「作成方法」ということがある)は、フィラーが配合された高分子材料の解析に用いられる高分子材料モデルを、コンピュータを用いて作成するための方法である。フィラーとしては、例えば、カーボンブラック、シリカ又はアルミナ等が含まれる。また、高分子材料としては、例えば、ゴム、樹脂又はエラストマー等が含まれる。
ここで、各定数及び変数は、Lennard-Jones及びFENEの各ポテンシャルのパラメータであり、次のとおりである。
rij:粒子間の距離
rc:カットオフ距離
k:粒子間のばね定数
ε:粒子間に定義されるLJポテンシャルの強度
σ:粒子の直径に相当
R0:伸びきり長
なお、距離rij、カットオフ距離rc、及び、伸びきり長R0は、各フィラー粒子モデル6の中心6c、6c間の距離として定義される。
強度ε:1.0
伸びきり長R0:1.5
距離σ:1.0
カットオフ距離rc:21/6σ
ばね定数k:30
伸びきり長R0:1.5
強度ε:1.0
距離σ:1.0
カットオフ距離rc:21/6σ
フィラー体積分率:0.20
フィラーモデル:
個数:400個(10個ごとに凝集)
フィラーモデル1個あたりのフィラー粒子モデルの個数:5000個
フィラーモデルの半径:10σ
ポリマーモデル:
個数:40000本
ポリマー粒子モデルの個数(鎖長):200個
慣性半径:50σ
基準距離L1:12σ
結合角θ1:120度
作成時間を大幅に短縮でき、さらに、ポリマーモデルの慣性半径を、実際の慣性半径(50σ)に近似させることができた。さらに、実施例の作成方法では、フィラーモデルへのポリマーモデルの侵入を防ぎつつ、フィラーモデルが初期配置から移動するのを防ぐことができた。従って、実施例では、短時間で、適切な高分子材料モデルを作成することができた。
5 フィラーモデル
6 フィラー粒子モデル
11 ポリマーモデル
12 ポリマー粒子モデル
M 高分子材料モデル
Claims (9)
- 高分子材料の少なくとも一部の体積に相当する予め定められた仮想の空間に、少なくとも一個のフィラー粒子モデルを有するフィラーモデルと、複数のポリマー粒子モデルを含むポリマーモデルとが配置された高分子材料モデルを、コンピュータを用いて作成するための方法であって、
前記コンピュータが、前記空間に、前記フィラーモデルを配置する工程と、
前記コンピュータが、前記空間に、前記ポリマーモデルを配置するポリマーモデル定義工程とを含み、
前記ポリマーモデル定義工程は、前記ポリマーモデルの各ポリマー粒子モデルと、前記フィラー粒子モデルとの最短距離が、予め定められた距離よりも大きくなるように、前記各ポリマー粒子モデルの位置を決定するポリマー粒子モデル配置工程を含むことを特徴とする高分子材料モデル作成方法。 - 前記ポリマー粒子モデル配置工程は、隣接するポリマー粒子モデル間の距離が、予め定められた距離以下となるように、各ポリマー粒子モデルの位置を決定する請求項1記載の高分子材料モデル作成方法。
- 前記ポリマー粒子モデル配置工程は、連続する3つのポリマー粒子モデルがなす結合角が、予め定められた角度となるように、各ポリマー粒子モデルの位置を決定する請求項1又は2記載の高分子材料モデル作成方法。
- 前記ポリマー粒子モデルはN個であり、
前記ポリマー粒子モデル配置工程は、1からN番目までの前記ポリマー粒子モデルの位置を順番に決定する請求項1乃至3のいずれかに記載の高分子材料モデル作成方法。 - 前記ポリマー粒子モデル配置工程は、
前記空間に、i番目(iは1からN−1までの整数)のポリマー粒子モデルの位置をランダムに決定する第1決定工程と、
前記i番目のポリマー粒子モデルと前記フィラー粒子モデルとの最短距離を計算する工程と、
前記最短距離が予め定められた前記距離よりも大きい場合、i+1番目のポリマー粒子モデルの位置を前記i番目に決定されたポリマー粒子モデルの位置から予め定められた範囲内に決定する第2決定工程とを含む請求項4記載の高分子材料モデル作成方法。 - 前記最短距離が予め定められた前記距離以下の場合、決定された前記i番目のポリマー粒子モデルの位置をキャンセルする第1キャンセル工程を含み、
その後、前記第1決定工程をやり直す請求項5記載の高分子材料モデル作成方法。 - 前記i+1番目のポリマー粒子モデルの位置と前記フィラー粒子モデルとの最短距離を計算する工程と、
前記最短距離が予め定められた前記距離以下の場合、決定された前記i+1番目のポリマー粒子モデルの位置をキャンセルする第2キャンセル工程とを含み、
その後、前記第2決定工程をやり直す請求項5又は6記載の高分子材料モデル作成方法。 - 前記第2キャンセル工程に先立ち、前記i+1番目のポリマー粒子モデルについての前記第2決定工程のやり直し回数である第2やり直し回数を判断する工程と、
前記第2やり直し回数が予め定められた回数を超える場合には、前記1番目のポリマー粒子モデルから前記i+1番目のポリマー粒子モデルまでの位置をキャンセルする第3キャンセル工程とを含み、
その後、前記第1決定工程をやり直す請求項7記載の高分子材料モデル作成方法。 - 前記第3キャンセル工程に先立ち、前記第1決定工程のやり直し回数である第1やり直し回数を判断する工程と、
前記第1やり直し回数が予め定められた回数を超える場合には、連続する3つのポリマー粒子モデルがなす結合角を、予め定められた角度よりも大きくする工程とを含む請求項8記載の高分子材料モデル作成方法。
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