JP2016151480A - Composite material analysis method, computer program for analyzing composite material, evaluation method of analysis result for composite material, and computer program for evaluating analysis result for composite material - Google Patents

Composite material analysis method, computer program for analyzing composite material, evaluation method of analysis result for composite material, and computer program for evaluating analysis result for composite material Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite material analysis method capable of analyzing local change in a molecular state of polymer molecules, a computer program for analyzing the composite material, an evaluation method of an analysis result for the composite material, and a computer program for evaluating the analysis result for the composite material.SOLUTION: A composite material analysis method includes: a first step of preparing an analysis model of composite material containing a polymer model and a filler model; a second step of cross-linking the polymer model by performing cross-linking analysis; a third step of forming segments from at least one kind selected from the group consisting of polymer atoms, polymer particles and bond chains, contained in the polymer model after cross-linking, and creating a segment list in which a plurality of segments as analysis targets are specified; a fourth step of setting interaction in the analysis model of the composite material and analyzing a molecular state of the polymer model for each specified segment by numerical analysis.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、複合材料の解析方法、複合材料の解析用コンピュータプログラム、複合材料の解析結果の評価方法及び複合材料の解析結果の評価用コンピュータプログラムに関し、詳しくは、複合材料の分子状態の変化の解析が可能な複合材料の解析方法、複合材料の解析用コンピュータプログラム、複合材料の解析結果の評価方法及び複合材料の解析結果の評価用コンピュータプログラムに関する。   The present invention relates to a composite material analysis method, a composite material analysis computer program, a composite material analysis result evaluation method, and a composite material analysis result evaluation computer program. The present invention relates to a composite material analysis method capable of analysis, a composite material analysis computer program, a composite material analysis result evaluation method, and a composite material analysis result evaluation computer program.

従来、自動車用タイヤなどに用いられる変性ポリマーとフィラーとを含む複合材料のモデルの作成方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このモデルの作成方法では、変性ポリマーとフィラーとの間の相互作用を他の粒子間の相互作用より大きくして変性ポリマーとフィラーとを複合材料中に分散させる。そして、変性ポリマーとフィラーとの間の相互作用を他の粒子間の相互作用より小さくして、変性ポリマーの末端とフィラーとを反応させることにより、複合材料の材料特性の解析が可能な解析用モデルを作成する。   Conventionally, a method for creating a model of a composite material including a modified polymer and a filler used in an automobile tire or the like has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this model creation method, the interaction between the modified polymer and the filler is made larger than the interaction between other particles, and the modified polymer and the filler are dispersed in the composite material. In addition, the interaction between the modified polymer and the filler is made smaller than the interaction between other particles, and the end of the modified polymer reacts with the filler to enable analysis of the material properties of the composite material. Create a model.

特開2012−177609号公報JP 2012-177609 A

ところで、ポリマー及びフィラーを含むゴムなどの2種類以上の物質を含有する複合材料においては、フィラーの周囲に存在するポリマーの分子運動がコンパウンドの材料特性に大きな影響を与えることが予測される。このような複合材料の材料特性の発現のメカニズムを解明するためには、コンパウンドの変形に伴う分子配向及び分子の広がりなどの分子状態の変化を正確に解析することが望ましい。   By the way, in a composite material containing two or more kinds of substances such as rubber containing a polymer and a filler, it is predicted that the molecular motion of the polymer existing around the filler has a great influence on the material properties of the compound. In order to elucidate the mechanism of expression of the material properties of such a composite material, it is desirable to accurately analyze changes in molecular state such as molecular orientation and molecular spread accompanying compound deformation.

しかしながら、従来の複合材料の解析モデルを用いた解析では、架橋後の大きいポリマーの分子毎にポリマーの運動を評価しているので、架橋後のポリマーの分子全体の分子状態の変化しか評価できない。このため、従来の解析では、例えば、ポリマー分子におけるフィラー近傍の領域の状態変化及びフィラーから離れた領域のポリマーの分子状態の状態変化などのポリマー分子の局所的な状態変化を正確に解析して評価することはできない実情がある。   However, in the analysis using the conventional composite material analysis model, since the movement of the polymer is evaluated for each large polymer molecule after crosslinking, only the change in the molecular state of the entire polymer molecule after crosslinking can be evaluated. For this reason, in the conventional analysis, for example, the local state change of the polymer molecule is accurately analyzed, such as the state change of the region near the filler in the polymer molecule and the state change of the polymer molecular state in the region away from the filler. There are circumstances that cannot be evaluated.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、ポリマー分子の局所的な分子状態変化の解析及び評価が可能な複合材料の解析方法、複合材料の解析用コンピュータプログラム、複合材料の解析結果の評価方法及び複合材料の解析結果の評価用コンピュータプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a composite material analysis method capable of analyzing and evaluating a local molecular state change of a polymer molecule, a composite material analysis computer program, and a composite material An object is to provide an analysis result evaluation method and a computer program for evaluation of an analysis result of a composite material.

本発明の複合材料の解析方法は、コンピュータを用いて分子動力学法により作成した複合材料の解析用モデルを用いた複合材料の解析方法であって、ポリマーモデル及びフィラーモデルを含む複合材料の解析用モデルを作成する第1ステップと、前記ポリマーモデルを架橋解析により架橋させる第2ステップと、架橋後の前記ポリマーモデルに含まれるポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖からなる群から選択された少なくとも1種をセグメントとし、解析対象とする複数のセグメントを特定したセグメントリストを作成する第3ステップと、前記複合材料の解析用モデルに相互作用を設定して数値解析により特定したセグメント毎に前記ポリマーモデルの分子状態を解析する第4ステップと、を含むことを特徴とする。   The composite material analysis method of the present invention is a composite material analysis method using a composite material analysis model created by a molecular dynamics method using a computer, and includes analysis of a composite material including a polymer model and a filler model. At least one selected from the group consisting of a polymer atom, a polymer particle, and a bond chain included in the polymer model after crosslinking, a first step of creating a model for use, a second step of crosslinking the polymer model by crosslinking analysis, and A third step of creating a segment list in which a seed is a segment and a plurality of segments to be analyzed is specified, and the polymer model for each segment specified by numerical analysis by setting an interaction in the analysis model of the composite material And a fourth step of analyzing the molecular state of

本発明の複合材料の解析方法によれば、架橋後のポリマーモデルのセグメント毎に設定された相互作用に応じた数値解析が可能となるので、ポリマーモデルのセグメント毎にポリマーモデルの分子状態を解析することが可能となる。これにより、複合材料の解析方法は、フィラーモデル近傍の領域のポリマーモデルの分子状態の状態変化とフィラーモデルから離れた領域のポリマーモデルの分子状態とをそれぞれ解析することが可能となるので、ポリマー分子の局所的な分子状態変化の解析が可能となる。   According to the composite material analysis method of the present invention, it is possible to perform numerical analysis according to the interaction set for each segment of the polymer model after cross-linking. Therefore, the molecular state of the polymer model is analyzed for each segment of the polymer model. It becomes possible to do. As a result, the composite material analysis method can analyze the change in the molecular state of the polymer model in the region near the filler model and the molecular state of the polymer model in the region away from the filler model. Analysis of local molecular state changes of molecules becomes possible.

本発明の複合材料の解析用コンピュータプログラムは、上記複合材料の解析方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。   The computer program for analyzing a composite material according to the present invention causes a computer to execute the above-described composite material analysis method.

本発明の複合材料の解析用コンピュータプログラムによれば、架橋後のポリマーモデルのセグメント毎に設定された相互作用に応じた数値解析が可能となるので、ポリマーモデルのセグメント毎にポリマーモデルの分子状態を解析することが可能となる。これにより、複合材料の解析用コンピュータプログラムは、フィラーモデル近傍の領域のポリマーモデルの分子状態の状態変化とフィラーモデルから離れた領域のポリマーモデルの分子状態とをそれぞれ解析することが可能となるので、ポリマー分子の局所的な分子状態変化の解析が可能となる。   According to the computer program for analyzing a composite material of the present invention, it is possible to perform a numerical analysis according to the interaction set for each segment of the polymer model after crosslinking, so that the molecular state of the polymer model is determined for each segment of the polymer model. Can be analyzed. As a result, the computer program for analyzing the composite material can analyze the change in the molecular state of the polymer model in the region near the filler model and the molecular state of the polymer model in the region away from the filler model, respectively. This makes it possible to analyze local changes in the molecular state of polymer molecules.

本発明の複合材料の解析結果の評価方法は、コンピュータを用いて分子動力学法により作成した複合材料の解析用モデルを用いて解析した複合材料の解析結果の評価方法であって、ポリマーモデル及びフィラーモデルを含む複合材料の解析用モデルを作成する第1ステップと、前記ポリマーモデルを架橋解析により架橋させる第2ステップと、架橋後の前記ポリマーモデルに含まれるポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖からなる群から選択された少なくとも1種をセグメントとし、評価対象とする複数のセグメントを特定したセグメントリストを作成する第3ステップと、ポリマーモデル及びフィラーモデルを含む複合材料の解析用モデルに相互作用を設定し、数値解析により特定したセグメント毎に前記ポリマーモデルの分子状態を解析して評価する第4ステップと、を含むことを特徴とする。   The analysis method of the analysis result of the composite material of the present invention is an evaluation method of the analysis result of a composite material analyzed using a model for analysis of a composite material created by a molecular dynamics method using a computer, the polymer model and A first step of creating a model for analyzing a composite material including a filler model, a second step of cross-linking the polymer model by cross-linking analysis, and polymer atoms, polymer particles, and bonding chains included in the polymer model after cross-linking A third step of creating a segment list in which at least one selected from the group consisting of a segment and a plurality of segments to be evaluated is specified, and an analysis model of a composite material including a polymer model and a filler model are interacted with Set and solve the molecular state of the polymer model for each segment specified by numerical analysis. Characterized in that it comprises a fourth step for to evaluate the.

本発明の複合材料の解析結果の評価方法によれば、架橋後のポリマーモデルのセグメント毎に設定された相互作用に応じた数値解析が可能となるので、ポリマーモデルのセグメント毎にポリマーモデルの分子状態を解析して評価することが可能となる。これにより、複合材料の解析結果の評価方法は、フィラーモデル近傍の領域のポリマーモデルの分子状態の状態変化とフィラーモデルから離れた領域のポリマーモデルの分子状態とをそれぞれ解析することが可能となるので、ポリマー分子の局所的な分子状態変化の評価が可能となる。   According to the evaluation method of the analysis result of the composite material of the present invention, numerical analysis corresponding to the interaction set for each segment of the polymer model after crosslinking is possible. It is possible to analyze and evaluate the state. Thereby, the evaluation method of the analysis result of the composite material can analyze the change in the molecular state of the polymer model in the region near the filler model and the molecular state of the polymer model in the region away from the filler model, respectively. Therefore, it is possible to evaluate the local molecular state change of the polymer molecule.

本発明の複合材料の解析結果の評価方法においては、前記第4ステップにおいて、前記セグメントリストに含まれる特定のセグメントの状態変化を表す数値を算出することが好ましい。この方法により、セグメントリストに含まれる特定のセグメントの状態変化を定量的に評価することが可能となる。   In the evaluation method of the analysis result of the composite material of the present invention, it is preferable that in the fourth step, a numerical value representing a state change of a specific segment included in the segment list is calculated. By this method, it is possible to quantitatively evaluate the state change of a specific segment included in the segment list.

本発明の複合材料の解析結果の評価方法においては、前記第3ステップにおいて、前記ポリマーモデルと前記フィラーモデルとの間の距離を前記セグメントリストに追加して、前記第4ステップにおいて、前記ポリマーモデルと前記フィラーモデルとの間の距離と前記セグメントリストに含まれる特定のセグメントの状態変化を表す数値との関係を評価することが好ましい。この方法により、フィラーモデルからの距離とポリマーモデルの特定のセグメントの状態変化との関係を評価することが可能となる。   In the composite material analysis result evaluation method of the present invention, in the third step, a distance between the polymer model and the filler model is added to the segment list, and in the fourth step, the polymer model is added. It is preferable to evaluate the relationship between the distance between the filler model and the numerical value representing the state change of a specific segment included in the segment list. This method makes it possible to evaluate the relationship between the distance from the filler model and the state change of a specific segment of the polymer model.

本発明の複合材料の解析結果の評価方法においては、前記第4ステップにおいて、前記セグメントリストに含まれる特定のセグメントの状態変化を表す数値を複数の解析時間で算出し、算出した数値と解析時間との関係を評価することが好ましい。この方法により、解析時間毎に変化する特定のセグメントと物理量との関係を評価できるので、ポリマー分子の局所的な分子状態変化のより詳細な解析が可能となる。   In the composite material analysis result evaluation method of the present invention, in the fourth step, a numerical value representing a state change of a specific segment included in the segment list is calculated in a plurality of analysis times, and the calculated numerical value and the analysis time are calculated. It is preferable to evaluate the relationship. By this method, the relationship between a specific segment that changes at each analysis time and a physical quantity can be evaluated, so that a more detailed analysis of a local molecular state change of a polymer molecule becomes possible.

本発明の複合材料の解析結果の評価方法においては、前記第4ステップにおいて、セグメントの状態変化を表す数値とひずみ又は解析時間との関係を評価することが好ましい。この方法により、解析時間毎に変化する特定のセグメントにおけるポリマー分子の結合長及びポリマー粒子速度とひずみ又は解析時間との関係を評価できるので、ポリマー分子の局所的な分子状態変化のより詳細な解析が可能となる。   In the evaluation method of the analysis result of the composite material of the present invention, in the fourth step, it is preferable to evaluate the relationship between the numerical value representing the state change of the segment and the strain or analysis time. By this method, it is possible to evaluate the relationship between bond length of polymer molecules and polymer particle velocity and strain or analysis time in a specific segment that changes every analysis time, so that more detailed analysis of local molecular state changes of polymer molecules Is possible.

本発明の複合材料の解析結果の評価方法においては、前記第4ステップにおいて、前記第4ステップにおいて、変圧解析を実行してセグメントの状態変化を表す数値と圧力又は解析時間との関係を評価することが好ましい。この方法により、解析時間毎に変化する特定のセグメントにおけるポリマー分子の結合長及びポリマー粒子速度と圧力又は解析時間との関係を評価できるので、ポリマー分子の局所的な分子状態変化のより詳細な解析が可能となる。   In the analysis method of the analysis result of the composite material of the present invention, in the fourth step, in the fourth step, the transformation analysis is performed to evaluate the relationship between the numerical value representing the state change of the segment and the pressure or the analysis time. It is preferable. By this method, it is possible to evaluate the relationship between the bond length of polymer molecules and the velocity of polymer particles in a specific segment that changes at each analysis time, and the pressure or analysis time. Is possible.

本発明の複合材料の解析結果の評価方法においては、前記第4ステップにおいて、変温解析を実行してセグメントの状態変化を表す数値と温度又は解析時間との関係を評価することが好ましい。この方法により、解析時間毎に変化する特定のセグメントにおけるポリマー分子の結合長及びポリマー粒子速度と温度又は解析時間との関係を評価できるので、ポリマー分子の局所的な分子状態変化のより詳細な解析が可能となる。   In the evaluation method of the analysis result of the composite material of the present invention, it is preferable that in the fourth step, the temperature change analysis is executed to evaluate the relationship between the numerical value indicating the state change of the segment and the temperature or the analysis time. This method can evaluate the relationship between polymer molecule bond length and polymer particle velocity and temperature or analysis time in a specific segment that changes with analysis time, allowing more detailed analysis of local molecular state changes of polymer molecules. Is possible.

本発明の複合材料の解析結果の評価方法においては、前記第4ステップにおける数値解析結果に基づいて前記セグメントリストに含まれる特定のセグメントを可視化することが好ましい。この方法により、特定のセグメントを可視化するので、ポリマーモデルの特性のセグメントの状態変化を描写して評価することができる。そして、例えば、可視化した結果を解析時間毎に連続して表示することにより、特定のセグメントの状態変化を動画として評価することも可能となる。   In the evaluation method of the analysis result of the composite material of the present invention, it is preferable to visualize a specific segment included in the segment list based on the numerical analysis result in the fourth step. By this method, since a specific segment is visualized, the state change of the segment of the characteristic of the polymer model can be drawn and evaluated. For example, by continuously displaying the visualized result for each analysis time, it is possible to evaluate the state change of a specific segment as a moving image.

本発明の複合材料の解析結果の評価用コンピュータプログラムは、上記複合材料の解析結果の評価方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。   The computer program for evaluating the analysis result of the composite material according to the present invention causes the computer to execute the evaluation method of the analysis result of the composite material.

本発明の複合材料の解析結果の評価用コンピュータプログラムによれば、架橋後のポリマーモデルのセグメント毎に設定された相互作用に応じた数値解析が可能となるので、ポリマーモデルのセグメント毎にポリマーモデルの分子状態を解析して評価することが可能となる。これにより、複合材料の解析結果の評価用コンピュータプログラムは、フィラーモデル近傍の領域のポリマーモデルの分子状態の状態変化とフィラーモデルから離れた領域のポリマーモデルの分子状態とをそれぞれ解析することが可能となるので、ポリマー分子の局所的な分子状態変化の評価が可能な複合材料の解析結果の評価用コンピュータプログラムを実現できる。   According to the computer program for evaluating the analysis result of the composite material of the present invention, it is possible to perform numerical analysis according to the interaction set for each segment of the polymer model after cross-linking. It is possible to analyze and evaluate the molecular state. As a result, the computer program for evaluating the analysis result of the composite material can analyze the change in the molecular state of the polymer model in the region near the filler model and the molecular state of the polymer model in the region away from the filler model, respectively. Therefore, it is possible to realize a computer program for evaluating the analysis result of the composite material capable of evaluating the local molecular state change of the polymer molecule.

本発明によれば、ポリマー分子の局所的な分子状態変化の解析及び評価が可能な複合材料の解析方法、複合材料の解析用コンピュータプログラム、複合材料の解析結果の評価方法及び複合材料の解析結果の評価用コンピュータプログラムを実現できる。   According to the present invention, a composite material analysis method capable of analyzing and evaluating local molecular state changes of polymer molecules, a composite material analysis computer program, a composite material analysis result evaluation method, and a composite material analysis result The evaluation computer program can be realized.

図1は、本実施の形態に係る複合材料の解析方法で用いられる解析用モデルの一例を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of an analysis model used in the composite material analysis method according to the present embodiment. 図2Aは、架橋後のポリマーモデル分子中のフィラーモデル近傍の領域のポリマー粒子をセグメントとして可視化した例を示す図である。FIG. 2A is a diagram illustrating an example in which polymer particles in a region near a filler model in a polymer model molecule after crosslinking are visualized as segments. 図2Bは、架橋後のポリマーモデル分子中のフィラーモデル近傍の領域のポリマー粒子をセグメントとして可視化した例を示す図である。FIG. 2B is a diagram showing an example in which polymer particles in a region near a filler model in a polymer model molecule after crosslinking are visualized as segments. 図2Cは、架橋後のポリマーモデル分子中のフィラーモデル近傍の領域のポリマー粒子をセグメントとして可視化した例を示す図である。FIG. 2C is a diagram showing an example in which polymer particles in a region near a filler model in a polymer model molecule after crosslinking are visualized as segments. 図3は、架橋後のポリマーモデル分子中のフィラーモデル近傍の領域のポリマー粒子をセグメントとして伸張解析後に可視化した例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example in which polymer particles in a region in the vicinity of the filler model in the polymer model molecule after crosslinking are visualized as a segment after extension analysis. 図4Aは、架橋後のポリマーモデル分子中のフィラーモデルから離れた領域のポリマー粒子をセグメントとして可視化した例を示す図である。FIG. 4A is a diagram showing an example in which polymer particles in a region away from a filler model in a polymer model molecule after crosslinking are visualized as segments. 図4Bは、架橋後のポリマーモデル分子中のフィラーモデルから離れた領域のポリマー粒子をセグメントとして可視化した例を示す図である。FIG. 4B is a diagram showing an example in which polymer particles in a region away from the filler model in the polymer model molecule after crosslinking are visualized as segments. 図4Cは、架橋後のポリマーモデル分子中のフィラーモデルから離れた領域のポリマー粒子をセグメントとして可視化した例を示す図である。FIG. 4C is a diagram showing an example in which polymer particles in a region away from the filler model in the polymer model molecule after crosslinking are visualized as segments. 図5は、架橋後のポリマーモデル分子中のフィラーモデルから離れた領域のポリマー粒子をセグメントとして伸張解析後に可視化した例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example in which polymer particles in a region away from a filler model in a polymer model molecule after crosslinking are visualized as a segment after extension analysis. 図6は、本実施の形態に係る複合材料の解析結果の評価方法のフロー図である。FIG. 6 is a flowchart of the evaluation method of the analysis result of the composite material according to the present embodiment. 図7Aは、未架橋のポリマーモデルの概念図である。FIG. 7A is a conceptual diagram of an uncrosslinked polymer model. 図7Bは、架橋後のポリマーモデルの概念図である。FIG. 7B is a conceptual diagram of a polymer model after crosslinking. 図8Aは、セグメントの一例を示す図である。FIG. 8A is a diagram illustrating an example of a segment. 図8Bは、セグメントの一例を示す図である。FIG. 8B is a diagram illustrating an example of a segment. 図8Cは、セグメントの一例を示す図である。FIG. 8C is a diagram illustrating an example of a segment. 図8Dは、セグメントの一例を示す図である。FIG. 8D is a diagram illustrating an example of a segment. 図9は、本発明の実施の形態に係る複合材料の解析結果の評価方法及び複合材料のシミュレーション方法を実行する解析装置の機能ブロック図である。FIG. 9 is a functional block diagram of an analysis apparatus that executes a composite material analysis result evaluation method and a composite material simulation method according to an embodiment of the present invention. 図10は、フィラーからの距離と慣性半径との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the distance from the filler and the inertial radius.

以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can implement by changing suitably.

本実施の形態に係る複合材料の解析方法は、コンピュータを用いて分子動力学法により作成した複合材料の解析用モデルを用いた複合材料の解析方法であって、ポリマーモデル及びフィラーモデルを含む複合材料の解析用モデルを作成する第1ステップと、ポリマーモデルを架橋解析により架橋させる第2ステップと、架橋後のポリマーモデルに含まれるポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖からなる群から選択された少なくとも1種をセグメントとし、解析対象とする複数のセグメントを特定したセグメントリストを作成する第3ステップと、複合材料の解析用モデルに相互作用を設定して数値解析により特定したセグメント毎にポリマーモデルの分子状態を解析する第4ステップと、を含む。また、本実施の形態に係る複合材料の解析結果の評価方法は、本実施の形態に係る複合材料の解析方法を用いたポリマー分子の局所的な分子状態変化の評価方法である。まず、本実施の形態に係る複合材料の解析結果の評価方法に用いられる複合材料の解析用モデルの概要について説明する。   The composite material analysis method according to the present embodiment is a composite material analysis method using a composite material analysis model created by a molecular dynamics method using a computer, and includes a polymer model and a filler model. A first step of creating a model for analyzing the material, a second step of cross-linking the polymer model by cross-linking analysis, and at least selected from the group consisting of polymer atoms, polymer particles and bonding chains included in the polymer model after cross-linking The third step of creating a segment list that identifies a plurality of segments to be analyzed, with one type as a segment, and the polymer model for each segment identified by numerical analysis by setting an interaction in the composite material analysis model A fourth step of analyzing the molecular state. The evaluation method of the analysis result of the composite material according to the present embodiment is an evaluation method of the local molecular state change of the polymer molecule using the analysis method of the composite material according to the present embodiment. First, an outline of a composite material analysis model used in the composite material analysis result evaluation method according to the present embodiment will be described.

図1は、本実施の形態に係る複合材料の解析結果の評価方法で用いられる解析用モデル1の一例を示す概念図である。図1に示すように、本実施の形態に係る複合材料の解析用モデル1は、一辺の長さが距離L1の略立方体状の仮想空間であるモデル作成領域A内に2つのフィラーモデル11及び複数のポリマーモデル12が配置された解析対象となる複合材料がモデル化されている。なお、本実施の形態では、解析対象となる複合材料がフィラー及びポリマーを含有する例について説明するが、本発明は、2種類の物質を含有する複合材料以外にも各種複合材料に適用可能である。   FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of an analysis model 1 used in the evaluation method of the analysis result of the composite material according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the composite material analysis model 1 according to the present embodiment includes two filler models 11 in a model creation region A, which is a substantially cubic virtual space whose one side is a distance L1. A composite material to be analyzed in which a plurality of polymer models 12 are arranged is modeled. Note that in this embodiment, an example in which a composite material to be analyzed contains a filler and a polymer will be described. However, the present invention can be applied to various composite materials in addition to a composite material containing two kinds of substances. is there.

この複合材料の解析用モデル1では、フィラーとしては、例えば、カーボンブラック、シリカ、及びアルミナなどが含まれる。フィラーモデル11は、複数のフィラー原子及び複数のフィラー原子の集合体としてのフィラー粒子11aが集合した略球状体としてモデル化される。フィラー粒子11aは、複数のフィラー粒子11a間の結合鎖(不図示)によって相対位置が特定されている。この結合鎖(不図示)は、フィラー粒子11a間の結合距離である平衡長とばね定数とが定義されたバネとしての機能を有し、各フィラー粒子11a間を拘束している。結合鎖は、フィラー粒子11aの相対位置及び捻り、曲げなどによって力が発生するポテンシャルが定義されているボンドである。このフィラーモデル11は、フィラーを分子動力学で取り扱うための数値データ(フィラー粒子11aの質量、体積、直径及び初期座標などを含む)である。フィラーモデル11の数値データは、コンピュータに入力される。   In the composite material analysis model 1, examples of the filler include carbon black, silica, and alumina. The filler model 11 is modeled as a substantially spherical body in which a plurality of filler atoms and filler particles 11a as an aggregate of a plurality of filler atoms are aggregated. The relative position of the filler particles 11a is specified by a bond chain (not shown) between the plurality of filler particles 11a. This binding chain (not shown) has a function as a spring in which an equilibrium length, which is a binding distance between filler particles 11a, and a spring constant are defined, and binds between the filler particles 11a. The bond chain is a bond in which the relative position of the filler particle 11a and the potential at which force is generated by twisting, bending, or the like are defined. The filler model 11 is numerical data (including the mass, volume, diameter, initial coordinates, and the like of the filler particles 11a) for handling the filler by molecular dynamics. Numerical data of the filler model 11 is input to the computer.

ポリマーとしては、例えば、ゴム、樹脂、及びエラストマーなどが含まれる。ポリマーには、フィラーとの親和性を高める変性剤が必要に応じて配合される。この変性剤としては、例えば、水酸基、カルボニル基、及び原子団の官能基などが含まれる。ポリマーモデル12は、複数のポリマー原子及び複数のポリマー原子の集合体であるポリマー粒子12aがモデル作成領域A内に所定密度で充填されてモデル化される。ポリマー粒子12aは、複数のポリマー粒子12a間の結合鎖12bによって相対位置が特定されている。この結合鎖12bは、ポリマー粒子12a間の結合距離である平衡長とばね定数とが定義されたバネとしての機能を有し、各ポリマー粒子12a間を拘束している。結合鎖12bは、ポリマー粒子12aの相対位置及び捻り、曲げなどによって力が発生するポテンシャルが定義されているボンドである。このポリマーモデル12は、ポリマーを分子動力学で取り扱うための数値データ(ポリマー粒子12aの質量、体積、直径及び初期座標などを含む)である。ポリマーモデル12の数値データは、コンピュータに入力される。   Examples of the polymer include rubber, resin, and elastomer. A modifier is added to the polymer as needed to enhance the affinity with the filler. Examples of the modifier include a hydroxyl group, a carbonyl group, and a functional group of an atomic group. The polymer model 12 is modeled by filling a plurality of polymer atoms and polymer particles 12a, which are aggregates of a plurality of polymer atoms, into the model creation region A at a predetermined density. The relative position of the polymer particle 12a is specified by the bonding chain 12b between the plurality of polymer particles 12a. The binding chain 12b functions as a spring in which an equilibrium length, which is a binding distance between the polymer particles 12a, and a spring constant are defined, and restrains the polymer particles 12a. The bond chain 12b is a bond in which the relative position of the polymer particle 12a and the potential at which force is generated by twisting, bending, or the like are defined. The polymer model 12 is numerical data (including the mass, volume, diameter, initial coordinates, and the like of the polymer particle 12a) for handling the polymer by molecular dynamics. Numerical data of the polymer model 12 is input to a computer.

次に、図2Aから図5を参照して、本実施の形態に係る複合材料の解析結果の評価方法について詳細に説明する。本実施の形態に係る複合材料の解析結果の評価方法においては、架橋後のポリマーモデル12分子中の一部をポリマーモデル12のセグメントとして特定して解析して評価する。図2Aから図2Cは、架橋後のポリマーモデル12分子中のフィラーモデル近傍の領域のポリマー粒子12aをセグメント121として可視化した例を示す図であり、図3は、架橋後のポリマーモデル12分子中のフィラーモデル11近傍の領域のポリマー粒子12aをセグメント121として伸張解析後に可視化した例を示す図である。図4Aから図4Cは、架橋後のポリマーモデル12分子中のフィラーモデル11から離れた領域のポリマー粒子12aをセグメント122として可視化した例を示す図であり、図5は、架橋後のポリマーモデル12分子中のフィラーモデル11から離れた領域のポリマー粒子12aをセグメント122として伸張解析後に可視化した例を示す図である。なお、図2A及び図4Aにおいては、フィラー粒子11a及びポリマー粒子12aのX方向から見た状態を示し、図2B及び図4Bにおいては、フィラー粒子11a及びポリマー粒子12aのY方向から見た状態を示し、図2C、図3、図4C及び図5においては、フィラー粒子11a及びポリマー粒子12aのZ方向から見た状態を示している。   Next, with reference to FIG. 2A to FIG. 5, the evaluation method of the analysis result of the composite material according to the present embodiment will be described in detail. In the evaluation method of the analysis result of the composite material according to the present embodiment, a part of the polymer model 12 molecule after crosslinking is specified as a segment of the polymer model 12 and analyzed and evaluated. FIG. 2A to FIG. 2C are diagrams showing examples in which polymer particles 12a in the vicinity of the filler model in the polymer model 12 molecule after crosslinking are visualized as segments 121, and FIG. 3 is a diagram in the polymer model 12 molecule after crosslinking. It is a figure which shows the example visualized after the expansion | extension analysis as the polymer particle 12a of the area | region of the filler model 11 vicinity as the segment 121. FIG. FIGS. 4A to 4C are diagrams showing an example in which polymer particles 12a in a region away from the filler model 11 in the polymer model 12 molecule after crosslinking are visualized as segments 122, and FIG. 5 is a diagram illustrating the polymer model 12 after crosslinking. It is a figure which shows the example visualized after the extension analysis as the polymer particle 12a of the area | region away from the filler model 11 in a molecule | numerator as the segment 122. FIG. 2A and 4A show the state of the filler particles 11a and the polymer particles 12a viewed from the X direction, and in FIGS. 2B and 4B, the state of the filler particles 11a and the polymer particles 12a viewed from the Y direction. 2C, FIG. 3, FIG. 4C, and FIG. 5 show the state of the filler particles 11a and the polymer particles 12a as viewed from the Z direction.

図2Aから図2Cに示す例では、ポリマーモデル12は、複数のポリマーモデル12が結合鎖12bで架橋結合されたポリマーモデル12分子全体の中の一部である2つのフィラーモデル11近傍の領域のポリマー粒子12aのセグメント121のみが可視化されている。図3に示すように、伸張解析後には2つのフィラーモデル11間の距離が拡大され、2つのフィラーモデル11の近傍の領域のポリマー粒子12aのセグメント121は、フィラーモデル11との間の相互作用によりフィラーモデル11近傍の2つのフィラーモデル11間の領域に集合した状態となる。   In the example shown in FIGS. 2A to 2C, the polymer model 12 is a region in the vicinity of the two filler models 11, which is a part of the entire polymer model 12 molecule in which a plurality of polymer models 12 are cross-linked by a bonding chain 12 b. Only the segment 121 of the polymer particle 12a is visualized. As shown in FIG. 3, the distance between the two filler models 11 is expanded after the extension analysis, and the segment 121 of the polymer particle 12 a in the region in the vicinity of the two filler models 11 interacts with the filler model 11. As a result, the state is gathered in a region between the two filler models 11 in the vicinity of the filler model 11.

図4Aから図4Cに示す例では、ポリマーモデル12は、複数のポリマーモデル12が結合鎖12bで架橋結合されたポリマーモデル12分子全体の中の一部である2つのフィラーモデル11から離れた領域のポリマー粒子12aのセグメント121のみが可視化されている。図5に示すように、図3に示した例と同様に伸張解析を実施すると、2つのフィラーモデル11から離れた領域のポリマー粒子12aのセグメント122は、フィラーとの間の相互作用が図3に示した例に対して相対的に小さく、2つのフィラーモデル11間で分散した状態となる。   In the example shown in FIGS. 4A to 4C, the polymer model 12 is a region away from the two filler models 11 that are a part of the entire polymer model 12 molecule in which a plurality of polymer models 12 are cross-linked by a bonding chain 12 b. Only the segment 121 of the polymer particle 12a is visualized. As shown in FIG. 5, when the extension analysis is performed in the same manner as in the example shown in FIG. 3, the segment 122 of the polymer particle 12a in the region away from the two filler models 11 has an interaction with the filler shown in FIG. It is relatively small with respect to the example shown in (2) and is in a state of being distributed between the two filler models 11.

このように、本実施の形態においては、複数のポリマーモデル12が結合鎖12bにより架橋結合された大きなポリマーモデル12分子全体における一部のポリマー粒子12aをセグメント121,122として解析するので、フィラーモデル11とポリマーモデル12との間の距離などに応じた相互作用によるポリマーモデル12分子全体の中の一部の分子状態の配向及び広がりなどの変化を評価することが可能となる。これにより、本実施の形態に係る複合材料の解析結果の評価方法は、コンパウンドの材料特性に与える影響を与える一因となるコンパウンドの変形に伴うポリマーの分子状態の変化を正確に解析して評価することが可能となる。なお、上述した実施の形態では、ポリマー粒子12aをセグメントとして特定する例について説明したが、結合鎖12bをセグメントとして特定してもよい。   Thus, in the present embodiment, a part of the polymer particles 12a in the entire large polymer model 12 molecule in which a plurality of polymer models 12 are cross-linked by the bonding chains 12b are analyzed as the segments 121 and 122, so that the filler model It is possible to evaluate changes in the orientation and spread of some molecular states in the entire molecule of the polymer model 12 due to the interaction depending on the distance between the polymer model 12 and the polymer model 12. As a result, the evaluation method of the analysis result of the composite material according to the present embodiment accurately analyzes and evaluates the change in the molecular state of the polymer accompanying the deformation of the compound, which contributes to the influence on the material properties of the compound. It becomes possible to do. In the above-described embodiment, the example in which the polymer particle 12a is specified as a segment has been described. However, the bonding chain 12b may be specified as a segment.

次に、図6を参照して、本実施の形態に係る複合材料の解析方法及び複合材料の解析結果の評価方法についてより詳細に説明する。図6は、本実施の形態に係る複合材料の解析結果の評価方法のフロー図である。   Next, a composite material analysis method and a composite material analysis result evaluation method according to the present embodiment will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart of the evaluation method of the analysis result of the composite material according to the present embodiment.

図6に示すように、第1ステップでは、未架橋のポリマーモデル12を作成すると共にフィラーモデル11を作成する(ステップST11及びステップST12)。図7Aは、未架橋のポリマーモデル12の概念図である。図7Aに示すように、未架橋のポリマーモデル12−1,12−2は、複数のポリマー粒子12aが結合鎖12bによって連結されてなるものである。次に、これらのフィラーモデル11中に図1に示したように、ポリマーモデル12−1,12−2を配置して複合材料の解析用モデル1を作成する(ステップST13)。   As shown in FIG. 6, in the first step, an uncrosslinked polymer model 12 is created and a filler model 11 is created (step ST11 and step ST12). FIG. 7A is a conceptual diagram of the uncrosslinked polymer model 12. As shown in FIG. 7A, the uncrosslinked polymer models 12-1 and 12-2 are formed by connecting a plurality of polymer particles 12a with a bonding chain 12b. Next, as shown in FIG. 1 in these filler models 11, polymer models 12-1 and 12-2 are arranged to create a composite material analysis model 1 (step ST13).

次に、第2ステップでは、複合材料の解析用モデル1中のポリマーモデル12−1,12−2を架橋解析により架橋点を作成する(ステップST14)。図7Bは、架橋後のポリマーモデル12−1,12−2の概念図である。図7Bに示すように、架橋解析では、未架橋のポリマーモデル12−1,12−2の中の所定のポリマー粒子12a−1,12a−2を特定して架橋点12b−1を作成する。これにより、複合材料の解析用モデル1は、複数のポリマーモデル12によって架橋後の大きなポリマーモデル12が作成される。なお、ここでの架橋とは、3つ以上の結合鎖12bが接続してなるポリマー粒子12aを含むポリマーモデル12を形成することをいう。   Next, in the second step, cross-linking points are created by cross-linking analysis of the polymer models 12-1 and 12-2 in the composite material analysis model 1 (step ST14). FIG. 7B is a conceptual diagram of polymer models 12-1 and 12-2 after crosslinking. As shown in FIG. 7B, in the crosslinking analysis, predetermined polymer particles 12a-1 and 12a-2 in the uncrosslinked polymer models 12-1 and 12-2 are specified to create a crosslinking point 12b-1. As a result, in the composite material analysis model 1, a large polymer model 12 after crosslinking is created by the plurality of polymer models 12. Here, the term “crosslinking” refers to forming the polymer model 12 including the polymer particles 12a formed by connecting three or more bonding chains 12b.

次に、第3ステップでは、架橋後のポリマーモデル12のポリマー原子、ポリマー粒子12a及び結合鎖12bからなる群から選択された少なくとも1種をセグメントとし、評価対象とする複数のセグメント毎に特定したセグメントリストを作成する。次に、評価対象とする評価セグメント毎のポリマー分子リストを作成する(ステップST15)。次に、作製したポリマー分子リストから評価するセグメントを選別する(ステップST16)。図8Aから図8Cは、セグメントの一例を示す図である。図8Aに示すように、セグメントは、架橋前のポリマーモデル12−1,12−2の全体をそれぞれ1つのセグメントS1,S2として特定してもよい。また、図8Bに示すように、セグメントは、架橋後のポリマーモデル12−1,12−2の架橋点12b−1と架橋点12b−2との間をそれぞれ4つのセグメントS3〜S6として特定してもよい。また、図8Cに示すように、セグメントは、架橋後のポリマーモデル12−1,12−2の架橋点12b−1,12b−2を含む範囲を6つのセグメントS7〜S12として特定してもよい。また、図8Dに示すように、セグメントは、架橋後のポリマーモデル12−3の架橋点12a−5及び自由末端12cを含むセグメントS13として特定してもよく、自由末端のみをセグメントとして特定してもよい。なお、自由末端とはセグメントの一端のみが架橋点であるものである。さらに、セグメントは、架橋点12a−6及び架橋点12a−6にループ状に結合している結合鎖12dをセグメントS14として特定してもよく、結合鎖12dのみをセグメントとして特定してもよい。なお、セグメントリストには、セグメント番号とそのセグメントを構成するポリマー粒子番号及び結合鎖番号の少なくとも1種が含まれる。粒子番号またはボンド番号だけでも良い。   Next, in the third step, at least one selected from the group consisting of the polymer atom of the polymer model 12 after cross-linking, the polymer particle 12a and the bonding chain 12b is defined as a segment, and is specified for each of a plurality of segments to be evaluated. Create a segment list. Next, a polymer molecule list for each evaluation segment to be evaluated is created (step ST15). Next, a segment to be evaluated is selected from the prepared polymer molecule list (step ST16). 8A to 8C are diagrams illustrating examples of segments. As shown in FIG. 8A, the segments may specify the entire polymer models 12-1 and 12-2 before cross-linking as one segment S1 and S2, respectively. Further, as shown in FIG. 8B, the segments are identified as four segments S3 to S6 between the crosslinking points 12b-1 and 12b-2 of the polymer models 12-1 and 12-2 after crosslinking. May be. Moreover, as shown to FIG. 8C, a segment may specify the range containing the crosslinking points 12b-1 and 12b-2 of the polymer models 12-1 and 12-2 after crosslinking as six segments S7 to S12. . Further, as shown in FIG. 8D, the segment may be specified as a segment S13 including a crosslinking point 12a-5 and a free end 12c of the polymer model 12-3 after crosslinking, and only the free end is specified as a segment. Also good. The free end means that only one end of the segment is a crosslinking point. Further, in the segment, the crosslinking point 12a-6 and the bonding chain 12d bonded to the crosslinking point 12a-6 in a loop shape may be specified as the segment S14, or only the bonding chain 12d may be specified as the segment. The segment list includes at least one of a segment number, a polymer particle number constituting the segment, and a bond chain number. Only the particle number or the bond number may be used.

次に、第4ステップでは、ポリマーモデル12及びフィラーモデル11を含む複合材料の解析用モデルに相互作用を設定する(ステップST17)。ここでの相互作用としては、例えば、フィラー粒子11a間、ポリマー粒子12a間、フィラー粒子11aとポリマー粒子12aとの間の相互作用及びフィラー粒子11aとポリマー粒子12aとが結合鎖で結合した状態の相互作用が挙げられるが、これらの全てに設定する必要はない。また、ポリマーモデル12が、複数種類のポリマーモデルを含有する場合には、各ポリマーモデル12を構成するポリマー粒子12aとフィラー粒子11a及びポリマー粒子12aとの間に設定してもよい。さらに、この場合にあっては、作成するポリマーモデル12の種類に応じて例えば、第1のポリマーモデル12を構成するポリマー粒子12aAとフィラー粒子11aとの間の第1相互作用と第2のポリマーモデル12を構成するポリマー粒子12aBと当該フィラー粒子11aとの間の第2相互作用とを異なる相互作用として設定してもよい。   Next, in the fourth step, an interaction is set in the composite material analysis model including the polymer model 12 and the filler model 11 (step ST17). As the interaction here, for example, the interaction between the filler particles 11a, the polymer particles 12a, the interaction between the filler particles 11a and the polymer particles 12a, and the state in which the filler particles 11a and the polymer particles 12a are bonded with a bond chain. Interactions can be mentioned, but not all of these need to be set. Further, when the polymer model 12 includes a plurality of types of polymer models, the polymer model 12 may be set between the polymer particles 12a, the filler particles 11a, and the polymer particles 12a constituting each polymer model 12. Furthermore, in this case, depending on the type of the polymer model 12 to be created, for example, the first interaction between the polymer particles 12aA and the filler particles 11a constituting the first polymer model 12 and the second polymer The second interaction between the polymer particles 12aB constituting the model 12 and the filler particles 11a may be set as a different interaction.

次に、数値解析を実行して、特定したセグメント毎にポリマーモデル12の分子状態を解析して評価する(ステップST18)。ここでの数値解析としては、例えば、解析時間毎に変化する解析時間毎の物理量を評価する。これにより、解析時間毎に変化する解析用モデル全体の物理量を評価できるので、ポリマー分子の局所的な分子状態変化のより詳細な解析が可能となる。また、数値解析としては、例えば、変形解析、変圧解析、及び変温解析などが挙げられる。この数値解析により、解析時間毎に変化する解析用モデル全体のポリマー分子の結合長及びポリマー粒子速度、架橋点間と自由末端の速度又は結合長、配向などの物理量などのセグメントの状態変化を表す数値とひずみとの関係、解析時間毎に変化するポリマー分子の結合長及びポリマー粒子速度などのセグメントの状態変化を表す数値と圧力又は解析時間との関係、及び解析時間毎に変化するポリマー分子の結合長及びポリマー粒子速度などのセグメントの状態変化を表す数値と温度又は解析時間との関係などを評価できるので、ポリマー分子の局所的な分子状態変化のより詳細な解析が可能となる。また、ここでは、複数のポリマー分子のセグメントの平均をとって評価してもよい。この場合、例えば、ポリマーモデル12の自由末端のセグメントの平均を評価対象としてもよく、ポリマーモデル12全体の架橋点間のセグメントの一部又は全てを評価対象としてもよい。   Next, numerical analysis is performed to analyze and evaluate the molecular state of the polymer model 12 for each identified segment (step ST18). As the numerical analysis here, for example, a physical quantity for each analysis time that changes for each analysis time is evaluated. Thereby, since the physical quantity of the whole analysis model which changes for every analysis time can be evaluated, a more detailed analysis of a local molecular state change of a polymer molecule becomes possible. Examples of numerical analysis include deformation analysis, transformation analysis, and temperature change analysis. This numerical analysis represents changes in the state of segments such as the bond length and polymer particle speed of the entire analysis model, which varies with the analysis time, the speed or bond length between the crosslinking points and the free ends, and physical quantities such as orientation. The relationship between the numerical value and strain, the bond length of the polymer molecule that changes with each analysis time and the state of the segment such as the polymer particle velocity and the pressure or analysis time, and the polymer molecule that changes with the analysis time Since the relationship between the numerical value representing the state change of the segment such as the bond length and the polymer particle velocity and the temperature or the analysis time can be evaluated, a more detailed analysis of the local molecular state change of the polymer molecule becomes possible. Here, evaluation may be made by taking an average of a plurality of polymer molecule segments. In this case, for example, the average of the free end segments of the polymer model 12 may be evaluated, and a part or all of the segments between the cross-linking points of the entire polymer model 12 may be evaluated.

最後に、選別したポリマーモデル12のセグメントを評価して解析結果の評価を終了する(ステップST19)。ここでは、例えば、評価セグメント毎のポリマー分子リストのポリマーモデル12のセグメント中でも、例えば、架橋後のポリマーモデル12のフィラーモデル11近傍の領域を選別したポリマー粒子12aのセグメント121とフィラーモデル11から離れた領域を選別したポリマー粒子12aのセグメント122とをそれぞれ評価することにより、図3及び図5に示したフィラーモデル11近傍の領域及びフィラーモデル11から離れた領域におけるポリマーモデル12のポリマー粒子12aの分子運動をそれぞれ評価することが可能となる。   Finally, the segment of the selected polymer model 12 is evaluated, and the evaluation of the analysis result is finished (step ST19). Here, for example, among the segments of the polymer model 12 in the polymer molecule list for each evaluation segment, for example, the region near the filler model 11 of the polymer model 12 after crosslinking is separated from the segment 121 and the filler model 11 of the polymer particle 12a. By evaluating the segments 122 of the polymer particles 12a selected from the regions, the regions of the polymer particles 12a of the polymer model 12 in the region near the filler model 11 and the region away from the filler model 11 shown in FIGS. Each molecular motion can be evaluated.

第4ステップにおいては、作成したセグメントリストに含まれる特定のセグメントの状態変化を表す数値を算出することができる。ここでの算出する数値としては、セグメントリストに含まれるポリマー粒子12aのセグメントの配向、慣性半径、平均二乗変位、末端間距離、平均ボンド長、加速度、及び速度などが挙げられる。このように数値を算出することにより、セグメントリストに含まれる特定のセグメントに属するポリマー粒子12aの状態変化を定量的に評価することが可能となる。   In the fourth step, it is possible to calculate a numerical value representing a state change of a specific segment included in the created segment list. Examples of the numerical value calculated here include the orientation, inertia radius, mean square displacement, end-to-end distance, average bond length, acceleration, and velocity of the polymer particles 12a included in the segment list. By calculating the numerical value in this way, it becomes possible to quantitatively evaluate the state change of the polymer particles 12a belonging to a specific segment included in the segment list.

また、第4ステップにおいては、第3ステップで予め算出したポリマーモデル12とフィラーモデル11との間の距離をセグメントリストに追加して、ポリマーモデル12とフィラーモデル11との間の距離とセグメントリストに含まれる特定のセグメントの状態変化を表す数値との関係を評価してもよい。この場合にあっては、例えば、ポリマーモデル12とフィラーモデル11との間の距離とセグメントリストに含まれる特定のセグメントの状態変化を表す数値との関係を表にして評価してもよく、グラフとして評価してもよい。図10に、フィラーからの距離とセグメントリストに含まれる特定のセグメントの状態変化を表す数値の一例としての慣性半径との関係を示す。図10に示す例では、慣性半径は、フィラーからの距離が近い範囲では大きくなるのに対し、フィラーからの一定の距離が離れると急速に減少することが分かる。このように、評価することにより、フィラーからの距離とポリマーの特定のセグメントの状態変化との関係を評価することが可能となる。   In the fourth step, the distance between the polymer model 12 and the filler model 11 calculated in advance in the third step is added to the segment list, and the distance between the polymer model 12 and the filler model 11 and the segment list are added. You may evaluate the relationship with the numerical value showing the state change of the specific segment contained in. In this case, for example, the relationship between the distance between the polymer model 12 and the filler model 11 and the numerical value indicating the state change of a specific segment included in the segment list may be evaluated as a table. You may evaluate as. FIG. 10 shows the relationship between the distance from the filler and the radius of inertia as an example of a numerical value representing the state change of a specific segment included in the segment list. In the example shown in FIG. 10, it can be seen that the radius of inertia increases in a range where the distance from the filler is short, but rapidly decreases when a certain distance from the filler leaves. Thus, by evaluating, it becomes possible to evaluate the relationship between the distance from a filler, and the state change of the specific segment of a polymer.

ここで、下記表1を参照して架橋後のポリマーモデル12及びフィラーモデル11を含む複合材料の解析用モデル1を伸張解析により200%伸長した際の慣性半径について説明する。なお、下記表1の実施例1は、架橋後の大きな1分子のポリマーモデル12に含まれるフィラーモデル11近傍の領域の架橋前の状態のポリマーモデル12の1分子をセグメントとして慣性半径を評価した例を示している。下記表1の実施例2は、架橋後の大きな1分子のポリマーモデル12に含まれるフィラーモデル11から離れた領域の架橋前の状態のポリマーモデル12の1分子をセグメントとして慣性半径を評価した例を示している。下記表1の比較例は、架橋後の大きな1分子のポリマーモデル12全体の慣性半径を評価した例を示している。   Here, the radius of inertia when the analysis model 1 of the composite material including the polymer model 12 and the filler model 11 after crosslinking is expanded by 200% by extension analysis will be described with reference to Table 1 below. In Example 1 in Table 1 below, the radius of inertia was evaluated using one molecule of the polymer model 12 in a state in the vicinity of the filler model 11 included in the large one molecule polymer model 12 after crosslinking as a segment. An example is shown. Example 2 in Table 1 below is an example in which the radius of inertia was evaluated using one molecule of the polymer model 12 in a state before the crosslinking in a region away from the filler model 11 included in the large one molecule polymer model 12 after crosslinking as a segment. Is shown. The comparative examples in Table 1 below show examples in which the radius of inertia of the entire polymer model 12 having a large molecule after crosslinking was evaluated.

Figure 2016151480
Figure 2016151480

表1から分かるように、架橋前の状態のポリマーモデル12の1分子をセグメントとして慣性半径を評価した場合には、伸張解析による変形前後の慣性半径の値が、架橋後の大きな1分子のポリマーモデル12全体の慣性半径を評価した場合に対して大きく異なることが分かる(実施例1、2及び比較例)。そして、伸張解析による変形前後の慣性半径の値は、フィラーモデル11から離れた領域の架橋前の状態のポリマーモデル12の1分子をセグメントとした場合と(実施例1)、フィラーモデル11近傍の領域の架橋前の状態のポリマーモデル12の1分子をセグメントとした場合との間でも大きく異なることが分かる(実施例2)。これらの結果から、架橋後のポリマーモデル12全体の慣性半径を評価した場合には、複合材料の解析用モデル1の全体の変形に伴う架橋後の大きなポリマーモデル12の1分子全体の慣性半径しか評価できていないことが分かる。そして、架橋前のポリマーモデル12の1分子をセグメントとして慣性半径を評価することにより、フィラーモデル11とポリマーモデル12との間の距離に応じたポリマー分子の局所的な広がり(変形)をそれぞれ評価できることが分かる。   As can be seen from Table 1, when the inertial radius was evaluated using one molecule of the polymer model 12 in the state before crosslinking as a segment, the value of the inertial radius before and after deformation by extension analysis was a large molecule of polymer after crosslinking. It can be seen that there is a large difference from the case where the inertia radius of the entire model 12 is evaluated (Examples 1 and 2 and Comparative Example). And the value of the inertial radius before and after deformation by extension analysis is the case where one molecule of the polymer model 12 in a state before cross-linking in a region away from the filler model 11 is a segment (Example 1), and in the vicinity of the filler model 11 It can be seen that there is a great difference between the case where one molecule of the polymer model 12 in the state before crosslinking of the region is segmented (Example 2). From these results, when the radius of inertia of the entire polymer model 12 after crosslinking is evaluated, only the radius of inertia of the entire molecule of the large polymer model 12 after crosslinking accompanying the deformation of the entire model 1 for analysis of a composite material can be obtained. It turns out that it has not been evaluated. Then, by evaluating the radius of inertia using one molecule of the polymer model 12 before cross-linking as a segment, the local spread (deformation) of the polymer molecule corresponding to the distance between the filler model 11 and the polymer model 12 is evaluated. I understand that I can do it.

また、本実施の形態に係る複合材料の解析結果の評価方法においては、第4ステップにおける数値解析結果に基づいてセグメントリストに含まれる特定のセグメントを可視化することが好ましい。特定のセグメントを可視化する場合にあっては、当該特定のセグメントのみを可視化して表示してもよく、当該特定のセグメントを他のセグメントとは色を変えて表示してもよい。また、特定のセグメントを可視化する場合には、当該特定のセグメントをフィラー及び他のポリマーなどの異なる材料と共に可視化して表示してもよい。また、特定のセグメントを可視化する場合には、算出したセグメントリストに含まれる特定のセグメントの状態変化を表す数値に応じてコンター表示してもよい。このように、特定のセグメントを可視化することにより、ポリマー粒子12aの状態変化を描写して評価することができる。また、解析時間毎にポリマー粒子12aの状態変化を可視化して連続して表示することにより、ポリマー粒子12aの状態変化を動画とすることも可能となる。   In the composite material analysis result evaluation method according to the present embodiment, it is preferable to visualize a specific segment included in the segment list based on the numerical analysis result in the fourth step. When a specific segment is visualized, only the specific segment may be visualized and displayed, or the specific segment may be displayed in a different color from the other segments. Moreover, when visualizing a specific segment, you may visualize and display the said specific segment with different materials, such as a filler and another polymer. When a specific segment is visualized, contour display may be performed according to a numerical value representing a state change of the specific segment included in the calculated segment list. In this way, by visualizing a specific segment, it is possible to describe and evaluate the state change of the polymer particle 12a. Further, by visualizing and continuously displaying the state change of the polymer particle 12a for each analysis time, it is possible to make the state change of the polymer particle 12a into a moving image.

次に、本実施の形態に係る複合材料の解析結果の評価方法及び複合材料の解析結果の評価用コンピュータプログラムについて詳細に説明する。図9は、本発明の実施の形態に係る複合材料の解析結果の評価方法及び複合材料のシミュレーション方法を実行する解析装置の機能ブロック図である。   Next, a method for evaluating the analysis result of the composite material and a computer program for evaluating the analysis result of the composite material according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 9 is a functional block diagram of an analysis apparatus that executes a composite material analysis result evaluation method and a composite material simulation method according to an embodiment of the present invention.

図9に示すように、本実施の形態に係る複合材料の解析結果の評価方法及び複合材料のシミュレーション方法は、処理部52と記憶部54とを含むコンピュータである解析装置50が実現する。この解析装置50は、入力手段53を備えた入出力装置51と電気的に接続されている。入力手段53は、複合材料の解析用モデルの作成対象であるポリマー及びフィラーの各種物性値、ポリマー及びフィラーを含有する複合材料を用いた伸張試験結果の実測結果、及び解析における境界条件などを処理部52又は記憶部54へ入力する。入力手段53としては、例えば、キーボード、マウスなどの入力デバイスが用いられる。   As shown in FIG. 9, the analysis method 50 and the composite material simulation method according to the present embodiment are realized by an analysis device 50 that is a computer including a processing unit 52 and a storage unit 54. This analysis device 50 is electrically connected to an input / output device 51 having an input means 53. The input means 53 processes various physical property values of the polymer and filler for which a composite material analysis model is to be created, the actual measurement result of the extension test result using the composite material containing the polymer and filler, and the boundary conditions in the analysis. Input to the unit 52 or the storage unit 54. As the input means 53, for example, an input device such as a keyboard and a mouse is used.

処理部52は、例えば、中央演算装置(CPU:CentraL1 Processing Unit)及びメモリを含む。処理部52は、各種処理を実行する際にコンピュータプログラムを記憶部54から読み込んでメモリに展開する。メモリに展開されたコンピュータプログラムは、各種処理を実行する。例えば、処理部52は、記憶部54から予め記憶された各種処理に係るデータを必要に応じて適宜メモリ上の自身に割り当てられた領域に展開し、展開したデータに基づいて複合材料の解析用モデルの作成及び複合材料の解析用モデルを用いた複合材料のシミュレーションに関する各種処理を実行する。   The processing unit 52 includes, for example, a central processing unit (CPU: CentralL1 Processing Unit) and a memory. The processing unit 52 reads a computer program from the storage unit 54 and develops it in a memory when executing various processes. The computer program expanded in the memory executes various processes. For example, the processing unit 52 expands data relating to various processes stored in advance from the storage unit 54 to an area allocated to itself on the memory as necessary, and analyzes the composite material based on the expanded data. Various processes related to the simulation of the composite material using the model creation and the composite material analysis model are executed.

処理部52は、モデル作成部52aと、条件設定部52bと、解析部52cとを含む。モデル作成部52aは、予め記憶部54に記憶されたデータに基づき、分子動力学法により複合材料の解析用モデル1を作成する際のフィラー及びポリマーなどの複合材料の粒子数、分子数、分子量、分子鎖長、分子鎖数、分岐、形状、大きさ、反応時間、反応条件及び作成する解析用モデルに含まれる分子数である目標分子数などの構成要素の配置、設定及び計算ステップ数などの粗視化モデルの設定、分子鎖間などの相互作用などの各種計算パラメーターの初期条件の設定を行う。   The processing unit 52 includes a model creation unit 52a, a condition setting unit 52b, and an analysis unit 52c. The model creation unit 52a is based on data stored in the storage unit 54 in advance, and the number of particles, the number of molecules, and the molecular weight of the composite material such as filler and polymer when creating the composite material analysis model 1 by the molecular dynamics method. , Molecular chain length, number of molecular chains, branching, shape, size, reaction time, reaction conditions, arrangement of components such as the number of molecules included in the model for analysis to be created, setting and number of calculation steps, etc. The initial conditions of various calculation parameters such as the coarse-grained model and the interaction between molecular chains are set.

フィラー粒子11a間の相互作用及びポリマー粒子12a間の相互作用を調整する計算パラメーターとしては、下記式(1)で表されるレナード・ジョーンズポテンシャルのσ、εを用い、これらが調整される。ポテンシャルを計算する上限距離(カットオフ距離)を大きくすることで、遠距離まで働いた引力、斥力を調整できる。なお、フィラー粒子11a間の相互作用及びポリマー粒子12a間の相互作用が一定値になるまで順次、フィラー粒子11a間の相互作用及びポリマー粒子12a間の相互作用のパラメーターを小さくすることが好ましい。レナード・ジョーンズポテンシャルのσ、εを大きな値から徐々に本来の値に近づけることにより、分子を不自然な状態に導かない穏やかな速度で粒子の接近を行うことができる。また、カットオフ距離も徐々に小さくすることにより、適正な範囲で引力、斥力を調整できる。

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As calculation parameters for adjusting the interaction between the filler particles 11a and the interaction between the polymer particles 12a, σ and ε of Leonard-Jones potential expressed by the following formula (1) are used, and these are adjusted. By increasing the upper limit distance (cutoff distance) for calculating the potential, it is possible to adjust the attractive force and repulsive force that worked to a long distance. It is preferable that the interaction parameter between the filler particles 11a and the interaction between the polymer particles 12a are sequentially reduced until the interaction between the filler particles 11a and the interaction between the polymer particles 12a reach a constant value. By gradually bringing the σ and ε of the Leonard-Jones potential closer to the original values from large values, it is possible to approach the particles at a gentle speed that does not lead the molecule to an unnatural state. Further, by gradually reducing the cut-off distance, the attractive force and the repulsive force can be adjusted within an appropriate range.
Figure 2016151480

モデル作成部52aは、初期条件の設定の後、平衡化計算を行う。平衡化計算では、所定の温度、密度及び圧力で、初期設定後の各種構成要素が平衡状態に到達する所定の時間、分子動力学計算を行う。そして、モデル作成部52aは、初期条件の設定及び平衡化の計算処理後に、計算領域内に設定した複合材料の解析用モデルを作成するモデル作成領域A内にポリマー粒子12a及び結合鎖12bを含むポリマーモデル12及びフィラー粒子11aを含むフィラーモデル11を作成する。また、モデル作成部52aは、必要に応じてポリマーにフィラーとの親和性を高める水酸基、カルボニル基、及び原子団の官能基などの変性剤を配合してもよい。   The model creation unit 52a performs balancing calculation after setting initial conditions. In the equilibration calculation, molecular dynamics calculation is performed at a predetermined temperature, density, and pressure for a predetermined time for various components after the initial setting to reach an equilibrium state. The model creation unit 52a includes the polymer particles 12a and the bonding chains 12b in the model creation region A for creating a composite material analysis model set in the calculation region after the initial condition setting and equilibration calculation processing. A filler model 11 including a polymer model 12 and filler particles 11a is created. Moreover, the model creation part 52a may mix | blend modifiers, such as a hydroxyl group, a carbonyl group, and a functional group of an atomic group which raise affinity with a filler to a polymer as needed.

モデル作成部52aは、架橋解析により複合材料の解析用モデル中の未架橋のポリマーモデル12の中の所定のポリマー粒子12aを特定して架橋点を作成し、3つ以上の結合鎖12bが接続してなるポリマー粒子12aを含むポリマーモデル12を作成する。   The model creation unit 52a creates a crosslinking point by specifying a predetermined polymer particle 12a in the uncrosslinked polymer model 12 in the composite material analysis model by crosslinking analysis, and connects three or more bonding chains 12b. A polymer model 12 including the polymer particles 12a is created.

条件設定部52bは、モデル作成部52aで作成した複合材料の解析用モデル1を用いた分子動力学法による運動シミュレーション(解析)を実行するための各種条件を設定する。条件設定部52bは、入力手段53からの入力及び記憶部54に記憶されている情報に基づいて各種条件を設定する。各種条件としては、解析を実行するフィラーモデル11の位置及び数、フィラー原子、フィラー原子団、フィラー粒子11a及びフィラー粒子群の位置及び数、フィラー粒子11a番号、ポリマーの分子鎖の位置及び数、ポリマー原子、ポリマー原子団、ポリマー粒子12a及びポリマー粒子群の位置及び数、ポリマー粒子番号、結合鎖12b及び結合鎖12bの位置及び数、結合鎖12b番号、予め設定した物理量履歴である応力ひずみ曲線及び条件を変更しない固定値などが含まれる。   The condition setting unit 52b sets various conditions for executing a motion simulation (analysis) by a molecular dynamics method using the composite material analysis model 1 created by the model creation unit 52a. The condition setting unit 52 b sets various conditions based on the input from the input unit 53 and the information stored in the storage unit 54. As various conditions, the position and number of the filler model 11 for performing the analysis, the position and number of the filler atom, the filler atomic group, the filler particle 11a and the filler particle group, the filler particle 11a number, the position and number of the molecular chain of the polymer, Position and number of polymer atom, polymer atomic group, polymer particle 12a and polymer particle group, polymer particle number, position and number of bond chain 12b and bond chain 12b, bond chain 12b number, stress strain curve which is a preset physical quantity history And fixed values that do not change the conditions.

解析部52cは、モデル作成部52aにより作成されたフィラーモデル11及びポリマーモデル12を含む複合材料の解析用モデル1を用いた分子動力学法による緩和計算、伸張解析、せん断解析などの変形解析などの運動シミュレーションを実行して各種物理量を取得する。ここでの物理量としては、シミュレーションの結果得られる運動変位及び公称応力又は運動変位を演算して得られる公称ひずみなどが挙げられる。   The analysis unit 52c uses a molecular dynamics method for relaxation calculation, elongation analysis, deformation analysis such as shear analysis, etc. using the model for analysis 1 of the composite material including the filler model 11 and the polymer model 12 created by the model creation unit 52a. Various physical quantities are acquired by executing the motion simulation. Examples of the physical quantity here include a motion displacement obtained as a result of simulation and a nominal strain obtained by calculating a nominal stress or motion displacement.

また、解析部52cは、架橋解析により架橋された架橋後のポリマーモデル12を用いて分子動力学法を用いた計算を実行する。また、解析部52cは、解析したフィラーとポリマーとの間の相互作用を用いて分子動力学法を用いた計算を実行する。   In addition, the analysis unit 52c executes calculation using the molecular dynamics method using the polymer model 12 after cross-linking that is cross-linked by the cross-linking analysis. The analysis unit 52c executes a calculation using a molecular dynamics method using the interaction between the analyzed filler and polymer.

解析部52cは、架橋後のポリマーモデル12のポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖からなる群から選択された少なくとも1種をセグメントとし、評価対象とする複数のセグメント毎に特定したセグメントリストを作成する。ここでは、解析部52cは、架橋前のポリマーモデル12の全体をそれぞれ1つのセグメントとして特定してもよく、架橋後のポリマーモデル12の架橋点12b間をそれぞれセグメントとして特定してもよく、架橋後のポリマーモデル12の架橋点12bを含む範囲をセグメントとして特定してもよい。ここでは、解析部52cは、セグメント番号とそのセグメントを構成するポリマー粒子番号及び結合鎖番号の少なくとも1種を評価対象とする複数のセグメント毎に特定したセグメントリストを作成する。また、解析部52cは、評価対象とする評価セグメント毎のポリマー分子リストを作成する。   The analysis unit 52c creates at least one type selected from the group consisting of polymer atoms, polymer particles, and bonding chains of the polymer model 12 after crosslinking as a segment, and creates a segment list specified for each of a plurality of segments to be evaluated. . Here, the analysis unit 52c may specify the entirety of the polymer model 12 before cross-linking as one segment, or may specify between the cross-linking points 12b of the polymer model 12 after cross-linking as segments. A range including the crosslinking point 12b of the later polymer model 12 may be specified as a segment. Here, the analysis unit 52c creates a segment list that is specified for each of a plurality of segments for which at least one of a segment number, a polymer particle number and a bond chain number constituting the segment is an evaluation target. The analysis unit 52c creates a polymer molecule list for each evaluation segment to be evaluated.

また、解析部52cは、ポリマーモデル12及びフィラーモデル11を含む複合材料の解析用モデル1に相互作用を設定する。ここでは、解析部52cは、フィラー粒子11a間、ポリマー粒子12a間、フィラー粒子11a及びポリマー粒子12a間などに相互作用を設定する。また、解析部52cは、ポリマーモデル12が、複数種類のポリマーモデルを含有する場合には、各ポリマーモデル12を構成するポリマー粒子12aとフィラー粒子11a及びポリマー粒子12aとの間に設定する。   The analysis unit 52 c sets an interaction in the composite material analysis model 1 including the polymer model 12 and the filler model 11. Here, the analysis unit 52c sets interactions between the filler particles 11a, between the polymer particles 12a, between the filler particles 11a and the polymer particles 12a, and the like. Moreover, the analysis part 52c sets between the polymer particle 12a which comprises each polymer model 12, the filler particle 11a, and the polymer particle 12a, when the polymer model 12 contains multiple types of polymer model.

さらに、解析部52cは、数値解析を実行して、特定したセグメント毎にポリマーモデル12の分子状態を解析して評価する。また、解析部52cは、選別したポリマーモデル12のセグメントを評価する。ここでは、解析部52cは、評価セグメント毎のポリマー分子リスト中のセグメントとして、例えば、架橋後のポリマーモデル12のフィラーモデル11近傍の領域を選別したポリマー粒子12aのセグメントとフィラーモデル11から離れた領域を選別したポリマー粒子12aのセグメントとをそれぞれ評価することにより、フィラーモデル11近傍の領域及びフィラーモデル11から離れた領域におけるポリマーモデル12のポリマー粒子12aの分子運動をそれぞれ評価することが可能となる。   Furthermore, the analysis unit 52c performs numerical analysis, analyzes and evaluates the molecular state of the polymer model 12 for each identified segment. The analysis unit 52c evaluates the selected segment of the polymer model 12. Here, the analysis unit 52c is separated from the filler model 11 and the segment of the polymer particle 12a in which the region in the vicinity of the filler model 11 of the polymer model 12 after crosslinking is selected as the segment in the polymer molecule list for each evaluation segment, for example. By evaluating the segments of the polymer particles 12a selected from the regions, it is possible to evaluate the molecular motion of the polymer particles 12a of the polymer model 12 in the region near the filler model 11 and the region away from the filler model 11, respectively. Become.

また、解析部52cは、作成したセグメントリストに含まれる特定のセグメントの状態変化を表す数値を算出する。ここでは、解析部52cは、セグメントリストに含まれるポリマー粒子12aのセグメントの配向、慣性半径、平均二乗変位、末端間距離、平均ボンド長、加速度、及び速度などの数値を算出する。   In addition, the analysis unit 52c calculates a numerical value representing a state change of a specific segment included in the created segment list. Here, the analysis unit 52c calculates numerical values such as the orientation, inertia radius, mean square displacement, end-to-end distance, average bond length, acceleration, and velocity of the segment of the polymer particle 12a included in the segment list.

さらに、解析部52cは、予め算出したポリマーモデル12とフィラーモデル11との間の距離をセグメントリストに追加して、ポリマーモデル12とフィラーモデル11との間の距離とセグメントリストに含まれる特定のセグメントの状態変化を表す数値との関係を評価する。ここでは、解析部52cは、ポリマーモデル12とフィラーモデル11との間の距離とセグメントリストに含まれる特定のセグメントの状態変化を表す数値との関係を表及びグラフなどとして評価する。   Furthermore, the analysis unit 52c adds the distance between the polymer model 12 and the filler model 11 calculated in advance to the segment list, and the specific distance included in the segment list and the distance between the polymer model 12 and the filler model 11 Evaluate the relationship with the numerical value representing the state change of the segment. Here, the analysis unit 52c evaluates the relationship between the distance between the polymer model 12 and the filler model 11 and the numerical value indicating the state change of a specific segment included in the segment list as a table, a graph, or the like.

また、解析部52cは、数値解析結果に基づいてセグメントリストに含まれる特定のセグメントを可視化する。ここでは、解析部52cは、特定のセグメントを可視化する場合には、当該特定のセグメントのみを可視化しての表示又は当該特定のセグメントを他のセグメントとは色を変えて表示する。また、解析部52cは、特定のセグメントを可視化する場合には、当該特定のセグメントをフィラー及び他のポリマーなどの異なる材料と共に可視化して表示する。また、解析部52cは、特定のセグメントを可視化する場合には、算出したセグメントリストに含まれる特定のセグメントの状態変化を表す数値に応じてコンター表示する。また、解析部52cは、解析した複合材料の解析結果を記憶部54に格納する。   The analysis unit 52c visualizes a specific segment included in the segment list based on the numerical analysis result. Here, when visualizing a specific segment, the analysis unit 52c displays only the specific segment or displays the specific segment in a different color from the other segments. Moreover, the analysis part 52c visualizes and displays the specific segment with different materials, such as a filler and another polymer, when visualizing a specific segment. In addition, when the specific segment is visualized, the analysis unit 52c displays a contour according to a numerical value representing a state change of the specific segment included in the calculated segment list. The analysis unit 52 c stores the analysis result of the analyzed composite material in the storage unit 54.

記憶部54は、ハードディスク装置、光磁気ディスク装置、フラッシュメモリ及びCD−ROMなどの読み出しのみが可能な記録媒体である不揮発性のメモリ、並びに、RAM(Random Access Memory)のような読み出し及び書き込みが可能な記録媒体である揮発性のメモリが適宜組み合わせられる。   The storage unit 54 is a non-volatile memory that is a readable recording medium such as a hard disk device, a magneto-optical disk device, a flash memory, and a CD-ROM, and a read / write operation such as a RAM (Random Access Memory). A volatile memory which is a possible recording medium is appropriately combined.

記憶部54には、入力手段53を介して解析対象となる複合材料の解析用モデルを作成するためのデータであるゴムカーボンブラック、シリカ、及びアルミナなどのフィラーのデータ、ゴム、樹脂、及びエラストマーなどのポリマーのデータ、予め設定した物理量履歴である応力ひずみ曲線及び本実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法、複合材料のシミュレーション方法及び複合材料の解析結果の評価方法を実現するためのコンピュータプログラムなどが格納されている。このコンピュータプログラムは、コンピュータ又はコンピュータシステムに既に記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、本実施の形態に係る複合材料のシミュレーション方法を実現できるものであってもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、OS(Operating System)及び周辺機器などのハードウェアを含むものとする。   In the storage unit 54, data on fillers such as rubber carbon black, silica, and alumina, which are data for creating a model for analysis of a composite material to be analyzed via the input means 53, rubber, resin, and elastomer Of data such as polymer data, stress-strain curve, which is a preset physical quantity history, and a method for creating a composite material analysis model, a composite material simulation method, and a composite material analysis result evaluation method A computer program or the like is stored. This computer program may be capable of realizing the composite material simulation method according to the present embodiment in combination with a computer program already recorded in a computer or computer system. The “computer system” here includes hardware such as an OS (Operating System) and peripheral devices.

表示手段55は、例えば、液晶表示装置等の表示用デバイスである。なお、記憶部54は、データベースサーバなどの他の装置内にあってもよい。例えば、解析装置50は、入出力装置51を備えた端末装置から通信により処理部52及び記憶部54にアクセスするものであってもよい。   The display means 55 is a display device such as a liquid crystal display device. The storage unit 54 may be in another device such as a database server. For example, the analysis device 50 may access the processing unit 52 and the storage unit 54 by communication from a terminal device including the input / output device 51.

以上説明したように、上記実施の形態に係る複合材料の解析結果の評価方法によれば、架橋後のポリマーモデル12のセグメント毎に設定された相互作用に応じた数値解析が可能となるので、ポリマーモデル12のセグメント毎にポリマーモデル12の分子状態を解析して評価することが可能となる。これにより、複合材料の解析結果の評価方法は、フィラーモデル11近傍の領域のポリマーモデル12の分子状態の状態変化とフィラーモデル11から離れた領域のポリマーモデル12の分子状態とをそれぞれ解析することが可能となるので、ポリマー分子の局所的な分子状態変化の評価が可能な複合材料の解析結果の評価方法を実現できる。   As described above, according to the evaluation method of the analysis result of the composite material according to the above embodiment, it is possible to perform numerical analysis according to the interaction set for each segment of the polymer model 12 after crosslinking. It becomes possible to analyze and evaluate the molecular state of the polymer model 12 for each segment of the polymer model 12. Thereby, the evaluation method of the analysis result of the composite material is to analyze the state change of the molecular state of the polymer model 12 in the region near the filler model 11 and the molecular state of the polymer model 12 in the region far from the filler model 11. Therefore, it is possible to realize a method for evaluating the analysis result of a composite material capable of evaluating a local molecular state change of a polymer molecule.

1 解析用モデル
11 フィラーモデル
11a フィラー粒子
12,12−1,12−2 ポリマーモデル
12a,12a−1,12a−2 ポリマー粒子
12b,12b−1,12b−2 架橋点
121,122 セグメント
50 解析装置
51 入出力装置
52 処理部
52a モデル作成部
52b 条件設定部
52c 解析部
53 入力手段
54 記憶部
55 表示手段
A 領域
L1 距離
S1〜S12 セグメント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Model for analysis 11 Filler model 11a Filler particle 12,12-1,12-2 Polymer model 12a, 12a-1,12a-2 Polymer particle 12b, 12b-1,12b-2 Crosslinking point 121,122 Segment 50 Analysis apparatus 51 I / O Device 52 Processing Unit 52a Model Creation Unit 52b Condition Setting Unit 52c Analysis Unit 53 Input Unit 54 Storage Unit 55 Display Unit A Area L1 Distance S1 to S12 Segment

Claims (11)

コンピュータを用いて分子動力学法により作成した複合材料の解析用モデルを用いた複合材料の解析方法であって、
ポリマーモデル及びフィラーモデルを含む複合材料の解析用モデルを作成する第1ステップと、
前記ポリマーモデルを架橋解析により架橋させる第2ステップと、
架橋後の前記ポリマーモデルに含まれるポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖からなる群から選択された少なくとも1種をセグメントとし、解析対象とする複数のセグメントを特定したセグメントリストを作成する第3ステップと、
前記複合材料の解析用モデルに相互作用を設定して数値解析により特定したセグメント毎に前記ポリマーモデルの分子状態を解析する第4ステップと、
を含むことを特徴とする、複合材料の解析方法。
A composite material analysis method using a composite material analysis model created by a molecular dynamics method using a computer,
A first step of creating a model for analysis of a composite material including a polymer model and a filler model;
A second step of crosslinking the polymer model by crosslinking analysis;
A third step of creating a segment list in which at least one selected from the group consisting of polymer atoms, polymer particles, and bonding chains included in the polymer model after crosslinking is a segment, and a plurality of segments to be analyzed are specified; ,
A fourth step of analyzing the molecular state of the polymer model for each segment specified by numerical analysis by setting an interaction in the analysis model of the composite material;
A method for analyzing a composite material, comprising:
請求項1に記載の複合材料の解析方法をコンピュータに実行させることを特徴とする、複合材料の解析用コンピュータプログラム。   A computer program for analyzing a composite material, which causes a computer to execute the composite material analysis method according to claim 1. コンピュータを用いて分子動力学法により作成した複合材料の解析用モデルを用いて解析した複合材料の解析結果の評価方法であって、
ポリマーモデル及びフィラーモデルを含む複合材料の解析用モデルを作成する第1ステップと、
前記ポリマーモデルを架橋解析により架橋させる第2ステップと、
架橋後の前記ポリマーモデルに含まれるポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖からなる群から選択された少なくとも1種をセグメントとし、評価対象とする複数のセグメントを特定したセグメントリストを作成する第3ステップと、
ポリマーモデル及びフィラーモデルを含む複合材料の解析用モデルに相互作用を設定し、数値解析により特定したセグメント毎に前記ポリマーモデルの分子状態を解析して評価する第4ステップと、
を含むことを特徴とする、複合材料の解析結果の評価方法。
A method for evaluating the analysis result of a composite material analyzed using a model for analysis of a composite material created by a molecular dynamics method using a computer,
A first step of creating a model for analysis of a composite material including a polymer model and a filler model;
A second step of crosslinking the polymer model by crosslinking analysis;
A third step of creating a segment list in which at least one selected from the group consisting of polymer atoms, polymer particles, and bonding chains included in the polymer model after crosslinking is a segment, and a plurality of segments to be evaluated are specified; ,
A fourth step of setting an interaction in an analysis model of a composite material including a polymer model and a filler model, and analyzing and evaluating a molecular state of the polymer model for each segment specified by numerical analysis;
A method for evaluating an analysis result of a composite material, comprising:
前記第4ステップにおいて、前記セグメントリストに含まれる特定のセグメントの状態変化を表す数値を算出する、請求項3に記載の複合材料の解析結果の評価方法。   The evaluation method of the analysis result of the composite material according to claim 3, wherein in the fourth step, a numerical value representing a state change of a specific segment included in the segment list is calculated. 前記第3ステップにおいて、前記ポリマーモデルと前記フィラーモデルとの間の距離を前記セグメントリストに追加して、前記第4ステップにおいて、前記ポリマーモデルと前記フィラーモデルとの間の距離と前記セグメントリストに含まれる特定のセグメントの状態変化を表す数値との関係を評価する、請求項4に記載の複合材料の解析結果の評価方法。   In the third step, a distance between the polymer model and the filler model is added to the segment list, and in the fourth step, a distance between the polymer model and the filler model is added to the segment list. The evaluation method of the analysis result of the composite material of Claim 4 which evaluates the relationship with the numerical value showing the state change of the specific segment contained. 前記第4ステップにおいて、前記セグメントリストに含まれる特定のセグメントの状態変化を表す数値を複数の解析時間で算出し、算出した数値と解析時間との関係を評価する、請求項4に記載の複合材料の解析結果の評価方法。   5. The composite according to claim 4, wherein in the fourth step, a numerical value representing a state change of a specific segment included in the segment list is calculated in a plurality of analysis times, and a relationship between the calculated numerical value and the analysis time is evaluated. Evaluation method for analysis results of materials. 前記第4ステップにおいて、変形解析を実行してセグメントの状態変化を表す数値とひずみ又は解析時間との関係を評価する、請求項6に記載の複合材料の解析結果の評価方法。   The method for evaluating an analysis result of a composite material according to claim 6, wherein in the fourth step, deformation analysis is executed to evaluate a relationship between a numerical value representing a state change of the segment and strain or analysis time. 前記第4ステップにおいて、変圧解析を実行してセグメントの状態変化を表す数値と圧力又は解析時間との関係を評価する、請求項6に記載の複合材料の解析結果の評価方法。   The method for evaluating an analysis result of a composite material according to claim 6, wherein in the fourth step, a transformation analysis is executed to evaluate a relationship between a numerical value representing a state change of the segment and a pressure or an analysis time. 前記第4ステップにおいて、変温解析を実行してセグメントの状態変化を表す数値と温度又は解析時間との関係を評価する、請求項6に記載の複合材料の解析結果の評価方法。   The evaluation method of the analysis result of the composite material according to claim 6, wherein in the fourth step, a temperature change analysis is executed to evaluate a relationship between a numerical value representing a state change of the segment and a temperature or an analysis time. 前記第4ステップにおいて、数値解析結果に基づいて前記セグメントリストに含まれる特定のセグメントを可視化する、請求項3から請求項9のいずれか1項に記載の複合材料の解析結果の評価方法。   The evaluation method of the analysis result of the composite material according to any one of claims 3 to 9, wherein in the fourth step, a specific segment included in the segment list is visualized based on a numerical analysis result. 請求項3から請求項10のいずれか1項に記載の複合材料の解析結果の評価方法をコンピュータに実行させることを特徴とする、複合材料の解析結果の評価用コンピュータプログラム。   A computer program for evaluating the analysis result of a composite material, which causes a computer to execute the method for evaluating the analysis result of a composite material according to any one of claims 3 to 10.
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