JP2019218467A - Method, system and program for generating filler filled crosslinked polymer model - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィラー充填架橋高分子モデルを生成する方法、システム及びプログラムに関する。 The present invention relates to a method, a system, and a program for generating a filled polymer model.
産業用ゴムにおいては、カーボンブラックやシリカなどの充填剤であるフィラーをゴムに混合することにより、力学特性を用途に応じて調節する。フィラー充填の目的は高分子であるゴムの補強である。補強効果は、ゴムマトリクスを構成するポリマーとフィラー表面とが結合したバウンドラバーにより生じる、と考えられている。シミュレーションにおいても、バウンドラバーを再現する必要があり、ポリマー粒子とフィラー粒子の結合構造の適正化が不可欠となる。 In industrial rubber, mechanical properties are adjusted according to the application by mixing a filler such as carbon black or silica as a filler into the rubber. The purpose of filler filling is to reinforce rubber which is a polymer. It is considered that the reinforcing effect is caused by the bound rubber in which the polymer constituting the rubber matrix and the filler surface are bonded. It is necessary to reproduce the bound rubber also in the simulation, and it is indispensable to optimize the bonding structure between the polymer particles and the filler particles.
上記に関して直接関連があるとは言えないが、参考文献として、特許文献１には、引っ張り変形においてポリマー中の結合が切断される過程のシミュレーションについての記載がある。特許文献２には、樹脂の架橋反応に関する粗視化シミュレーションに関する記載がある。 Although it cannot be said that there is a direct relationship with the above, Patent Document 1 describes, as a reference, a simulation of a process in which a bond in a polymer is broken in tensile deformation. Patent Literature 2 describes a coarse-graining simulation related to a crosslinking reaction of a resin.
しかしながら、ゴムを構成するポリマー粒子とフィラー粒子とを直接結合しようと試みたところ、計算破綻が発生しやすいことが判明した。ポリマーモデルは、複数のポリマー粒子が直鎖状又は分岐状に連なる。フィラーモデルは、複数のフィラー粒子が結合している。計算破綻の原因は、時間の経過と共に動くポリマーモデルは運動エネルギーを有しており、動いているポリマーモデルがフィラーモデルに近接して、ポリマーモデルの複数個所がフィラーモデルに対して一度に架橋反応すると、ポリマーが突然拘束され、ポリマーに大きな力が発現してしまい、計算破綻が生じてしまう。よって、ポリマー粒子とフィラー粒子とを結合するためには、緩やかに結合するといった何らかの工夫が必要になることが判明した。計算破綻を回避するための緩やかな結合を実現するために、フィラー粒子とポリマー粒子の結合するタイミングを場所に応じて異ならせることや、両者の架橋確率を小さくすることにより、緩やかな結合が実現できるのはないかと試みたが、これらの手法では、計算破綻を回避できなかった。 However, when an attempt was made to directly bond the polymer particles and the filler particles constituting the rubber, it was found that calculation failure was likely to occur. In the polymer model, a plurality of polymer particles are linearly or branched. In the filler model, a plurality of filler particles are bonded. The cause of the calculation failure is that the polymer model that moves over time has kinetic energy, the moving polymer model is close to the filler model, and multiple points of the polymer model cross-link with the filler model at once. Then, the polymer is suddenly restrained, a large force is exerted on the polymer, and a calculation failure occurs. Therefore, it has been found that in order to bond the polymer particles and the filler particles, some device such as loose bonding is required. In order to achieve a loose bond to avoid calculation failure, a loose bond is achieved by varying the timing at which the filler particles and polymer particles bond according to the location, and by reducing the probability of crosslinking between the two. I tried to do it, but these methods did not avoid calculation failures.
ポリマー粒子とフィラー粒子の結合は、フィラー表面となる全ての位置で生じるわけではなく、或る割合で分散していると考えられる。よって、結合箇所を分散させる必要がある。 It is considered that the bonding between the polymer particles and the filler particles does not occur at all positions on the filler surface but is dispersed at a certain ratio. Therefore, it is necessary to disperse the connection points.
結合箇所を分散させることは、ポリマーにおける複数個所がフィラーに対して同時に結合してしまうことによる計算破綻を回避することに繋がる。結合箇所を分散させるために、フィラーの表面となる全てのフィラー粒子を結合可能とせずに、一部のフィラー粒子のみを結合可能に選別して設定することが考えられる。しかし、この方法を実現しようとすると、形状が常に変化するフィラーを構成するフィラー粒子について表面のフィラー粒子であるか否かを判定するロジックが必要であり、また、結合可能な粒子を選別するロジックが必要であり、煩雑である。 Dispersing the bonding sites leads to avoiding calculation failure due to simultaneous bonding of a plurality of sites to the filler in the polymer. In order to disperse the bonding portions, it is conceivable to select and set only some of the filler particles to be bondable without setting all the filler particles to be the surface of the filler to be bondable. However, in order to realize this method, it is necessary to have a logic for determining whether or not the filler particles constituting the filler whose shape constantly changes are the filler particles on the surface, and a logic for selecting particles that can be combined. Is necessary and complicated.
本発明は、煩雑なロジックを必要とせずに、計算破綻を回避し、フィラー粒子とポリマー粒子を適切に結合させた、フィラー充填架橋高分子モデルを生成する方法、システム及びプログラムを提供することである。 The present invention provides a method, a system, and a program for generating a filler-filled crosslinked polymer model that avoids calculation failure and appropriately combines filler particles and polymer particles without requiring complicated logic. is there.
本開示のフィラー充填架橋高分子モデルを生成する方法は、
１又は複数のプロセッサが実行する方法であって、
複数のポリマー粒子が直鎖状又は分岐状に連なる複数のポリマーと、複数のフィラー粒子が結合された複数のフィラーと、複数のカップリング剤粒子と、を有する混合モデルを生成するステップと、
所定温度及び所定圧力を含む条件に基づいて分子動力学計算を行い、所定のタイミングで互いに所定距離以内にある前記フィラー粒子と前記カップリング剤粒子とを所定確率で結合させる第１反応処理を繰り返し実行するステップと、
前記第１反応処理により全ての前記カップリング剤粒子が前記フィラー粒子に結合した後に、所定のタイミングで互いに所定距離以内にある前記ポリマー粒子と前記カップリング剤粒子とを所定確率で結合させる第２反応処理を繰り返し実行するステップと、
を含む。
The method of generating the filled crosslinked polymer model of the present disclosure comprises:
A method performed by one or more processors, comprising:
A plurality of polymers in which a plurality of polymer particles are linearly or branched, a plurality of fillers in which a plurality of filler particles are bonded, and a plurality of coupling agent particles, a step of generating a mixed model having:
A molecular dynamics calculation is performed based on conditions including a predetermined temperature and a predetermined pressure, and a first reaction process of bonding the filler particles and the coupling agent particles within a predetermined distance from each other at a predetermined timing with a predetermined probability is repeated. Steps to perform;
After all the coupling agent particles are bonded to the filler particles by the first reaction treatment, the polymer particles and the coupling agent particles that are within a predetermined distance from each other at a predetermined timing are bonded with a predetermined probability. Repeatedly executing the reaction process;
including.
第１反応処理と第２反応処理とを同時に実行すれば、フィラー粒子とカップリング剤粒子の結合及びポリマー粒子とカップリング剤粒子の結合といった異種結合が同時に発生し、結合相互作用に由来する各々の粒子間の力が大きくなりすぎて、計算破綻が生じる。
このように、第１反応処理と第２反応処理とを同時に実行しないので、上記計算破綻を回避可能となる。
さらに、自由に移動可能なカップリング剤粒子をフィラー粒子に対して結合させているので、分散した状態のカップリング剤粒子がフィラー粒子に結合する。フィラーにおいて、ポリマーと結合可能な箇所（カップリング剤粒子）が分散するので、現実に近い結合構造を得ることができると考えられる。更に、フィラーにおける結合可能な箇所が分散することになり、ポリマーの複数個所がフィラーに対して一度に結合することを防止し、計算破綻を回避可能となる。
さらに、フィラーにおけるポリマーと結合可能な箇所を分散させるために、複雑なロジックが不要であり、結合箇所の量は、カップリング剤粒子の数を調整するだけでよい。
したがって、煩雑なロジックを必要とせず、計算破綻を回避し、フィラー粒子とポリマー粒子とを適切に結合させることが可能となる。
If the first reaction treatment and the second reaction treatment are performed simultaneously, heterogeneous bonds such as a bond between the filler particles and the coupling agent particles and a bond between the polymer particles and the coupling agent particles are simultaneously generated, and each of the heterogeneous bonds derived from the binding interaction The force between the particles becomes too large, causing a calculation failure.
As described above, since the first reaction process and the second reaction process are not performed simultaneously, the calculation failure can be avoided.
Further, since the freely movable coupling agent particles are bonded to the filler particles, the dispersed coupling agent particles are bonded to the filler particles. It is considered that a portion that can be bonded to the polymer (coupling agent particles) is dispersed in the filler, so that a bonding structure close to reality can be obtained. Further, the bondable portions in the filler are dispersed, and it is possible to prevent a plurality of portions of the polymer from being bonded to the filler at one time, and to avoid a calculation failure.
In addition, complicated logic is not required to disperse the polymer-bondable portions in the filler, and the amount of the bond portions need only be adjusted by the number of coupling agent particles.
Therefore, complicated logic is not required, calculation failure can be avoided, and filler particles and polymer particles can be appropriately bonded.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
［フィラー充填架橋高分子モデルを生成するシステム］
本実施形態のシステム１は、フィラーが充填され、フィラーが高分子に架橋したフィラー充填架橋高分子モデルを生成する。
[System for generating filler-filled crosslinked polymer model]
The system 1 of the present embodiment generates a filler-filled crosslinked polymer model in which a filler is filled and the filler is crosslinked to a polymer.
図１に示すように、システム１は、初期設定部１０と、混合モデル生成部１１と、分子動力学計算実行部１２と、第１反応処理実行部１３と、第２反応処理実行部１４と、を有する。これら各部１０〜１４は、ＣＰＵ、メモリ、各種インターフェイス等を備えたパソコン等の情報処理装置において予め記憶されている図２に示す処理ルーチンをプロセッサが実行することによりソフトウェア及びハードウェアが協働して実現される。本実施形態では、１つの装置におけるプロセッサが各部の処理を実行しているが、これに限定されない。例えば、ネットワークを用いて分散させ、複数のプロセッサが各部の処理を実行するように構成してもよい。 As shown in FIG. 1, the system 1 includes an initial setting unit 10, a mixed model generation unit 11, a molecular dynamics calculation execution unit 12, a first reaction process execution unit 13, a second reaction process execution unit 14, And Each of these units 10 to 14 cooperates with software and hardware by the processor executing a processing routine shown in FIG. 2 stored in advance in an information processing device such as a personal computer having a CPU, a memory, various interfaces, and the like. Is realized. In the present embodiment, the processor of one device executes the processing of each unit, but the present invention is not limited to this. For example, a configuration may be adopted in which the processing is performed using a network and a plurality of processors execute the processing of each unit.
図１に示す初期設定部１０は、キーボードやマウス等の既知の操作部を介してユーザからの操作を受け付け、解析対象となるフィラーモデル、ポリマーモデル、カップリング剤粒子モデルに関するデータの設定、分子動力学計算に必要な解析条件などの各種設定を実行し、これら設定値をメモリに記憶する。図１に示すように、メモリには、フィラー充填高分子モデルデータＭ１、カップリング剤粒子モデルデータＭ２が記憶されている。 The initial setting unit 10 shown in FIG. 1 receives an operation from a user via a known operation unit such as a keyboard and a mouse, and sets data on a filler model, a polymer model, and a coupling agent particle model to be analyzed, Various settings such as analysis conditions necessary for dynamics calculation are executed, and these set values are stored in a memory. As shown in FIG. 1, the memory stores filler-filled polymer model data M1 and coupling agent particle model data M2.
フィラー充填高分子モデルデータＭ１は、図３Ａに示すように、フィラーモデル、ポリマーモデル及び各々のモデルの相互作用に関するデータを有し、フィラー２と、ポリマー３とを混合しただけのモデルであり、フィラー２がポリマー３に架橋していない。図３Ａに示すようにフィラー２は、複数のフィラー粒子２０が結合相互作用によって結合されている。各々のフィラー粒子２０に対して他の粒子との非結合相互作用が設定されている。図３Ａに示す実施形態では、複数のフィラー粒子２０が球状に結合されているが、これに限定されず、種々の形状が採用できる。同図に示すように、ポリマー３は、複数のポリマー粒子３０が結合相互作用によって直鎖状又は分岐状に連なっている。各々のポリマー粒子３０に対して他の粒子との非結合相互作用が設定されている。 As shown in FIG. 3A, the filler-filled polymer model data M1 has a filler model, a polymer model, and data relating to the interaction of each model, and is a model in which filler 2 and polymer 3 are only mixed. Filler 2 is not cross-linked to polymer 3. As shown in FIG. 3A, the filler 2 has a plurality of filler particles 20 bonded by bonding interaction. For each filler particle 20, a non-bonding interaction with another particle is set. In the embodiment shown in FIG. 3A, the plurality of filler particles 20 are bonded in a spherical shape, but the present invention is not limited to this, and various shapes can be adopted. As shown in the figure, in the polymer 3, a plurality of polymer particles 30 are connected in a linear or branched shape by a binding interaction. For each polymer particle 30, a non-bonding interaction with another particle is set.
カップリング剤粒子モデルデータＭ２は、フィラー粒子２０及びポリマー粒子３０と結合するためのカップリング剤粒子４に関するデータである。カップリング剤粒子４に対して他の粒子との非結合相互作用が設定されている。 The coupling agent particle model data M2 is data relating to the coupling agent particles 4 for bonding to the filler particles 20 and the polymer particles 30. A non-bonding interaction between the coupling agent particle 4 and another particle is set.
図１に示す混合モデル生成部１１は、図３Ｂに示すように、複数のポリマー粒子３０が直鎖状又は分岐状に連なる複数のポリマー３と、複数のフィラー粒子２０が結合された複数のフィラー２と、複数のカップリング剤粒子４と、を有する混合モデルＭ３を生成する。具体的には、図３Ｂに示すように、モデルを配置する計算領域Ａｒ１に、複数のポリマー３と、複数のフィラー２と、複数のカップリング剤粒子４と、を配置して、混合モデルＭ３とする。図４に示すように、６６個のフィラー粒子２０を球状に結合させたフィラー２を１００個配置し、１００個のポリマー粒子３０が連結されたポリマー３を２００本配置した。図５に示すように、更に、カップリング剤粒子４を４００個添加して、混合モデルＭ３とした。図４及び図５において、フィラー粒子２０は黒色球で示し、ポリマー粒子３０は灰色球で示し、カップリング剤粒子４は白球で示している。 As illustrated in FIG. 3B, the mixed model generation unit 11 illustrated in FIG. 1 includes a plurality of polymer particles 30 in which a plurality of polymer particles 30 are linearly or branched and a plurality of fillers in which a plurality of filler particles 20 are combined. 2 and a plurality of coupling agent particles 4 to generate a mixed model M3. Specifically, as shown in FIG. 3B, a plurality of polymers 3, a plurality of fillers 2, and a plurality of coupling agent particles 4 are arranged in a calculation area Ar1 where a model is arranged, and a mixed model M3 And As shown in FIG. 4, 100 fillers 2 each having 66 filler particles 20 bonded spherically were arranged, and 200 polymers 3 having 100 polymer particles 30 connected thereto were arranged. As shown in FIG. 5, 400 coupling agent particles 4 were further added to obtain a mixed model M3. 4 and 5, the filler particles 20 are indicated by black spheres, the polymer particles 30 are indicated by gray spheres, and the coupling agent particles 4 are indicated by white spheres.
なお、本実施形態において、混合モデル生成部１１は、フィラー充填高分子モデルデータＭ１及びカップリング剤粒子モデルデータＭ２を用いているが、これに限定されない。例えば、フィラー２を表すデータ、ポリマー３を表すデータ、カップリング剤粒子４を表すデータから混合モデルＭ３を生成することができる。 In the present embodiment, the mixed model generation unit 11 uses the filler-filled polymer model data M1 and the coupling agent particle model data M2, but is not limited thereto. For example, a mixture model M3 can be generated from data representing the filler 2, data representing the polymer 3, and data representing the coupling agent particles 4.
図１に示す分子動力学計算実行部１２は、所定温度Ｔ及び所定圧力Ｐを含む条件に基づき分子動力学計算を実行する。分子動力学計算では、タイムステップ毎（時点毎）に粒子の挙動（位置を含む）が計算される。分子動力学計算実行部１２は、分散処理及び平衡化処理が可能である。 The molecular dynamics calculation execution unit 12 shown in FIG. 1 executes a molecular dynamics calculation based on a condition including a predetermined temperature T and a predetermined pressure P. In the molecular dynamics calculation, the behavior (including the position) of the particle is calculated for each time step (for each time point). The molecular dynamics calculation execution unit 12 can perform a dispersion process and an equilibrium process.
分散処理では、分子動力学計算を所定量のタイムステップを実行することにより、計算領域Ａｒ１に配置された粒子が分散する。分散処理は、後述する第１反応処理の前に実行される。一般的に、タイムステップを少し経過させるだけで、各粒子が分散する。 In the dispersion processing, the particles arranged in the calculation region Ar1 are dispersed by executing a predetermined number of time steps in the molecular dynamics calculation. The dispersing process is executed before a first reaction process described later. In general, a small time step will cause each particle to disperse.
平衡化処理では、計算領域Ａｒ１すなわちモデルの体積がほぼ一定になる（体積変化が閾値以下になる）まで各分子の挙動を計算する。体積の算出方法としては、混合モデルＭ３を構成する各粒子の座標に基づき、全ての粒子を含むように粒子を配置するための最小の立法体又は直方体の計算領域（セル）の体積を、混合モデルＭ３の体積とする。平衡化処理は、第１反応処理と第２反応処理の間と、第２反応処理が完全に終了した後に実行することが好ましい。粒子が結合した直後は系が不安定な状態であるためである。 In the equilibration process, the behavior of each molecule is calculated until the calculation region Ar1, that is, the volume of the model becomes substantially constant (the volume change becomes equal to or less than the threshold). As a method of calculating the volume, the volume of the minimum cubic or rectangular parallelepiped calculation area (cell) for arranging the particles so as to include all the particles is calculated based on the coordinates of each particle constituting the mixture model M3. Let it be the volume of model M3. The equilibration process is preferably performed between the first reaction process and the second reaction process and after the second reaction process is completely completed. This is because the system is in an unstable state immediately after the particles are bonded.
図１に示す第１反応処理実行部１３は、図６に示すように、分子動力学計算実行部１２による分子動力学計算の結果に基づき、所定のタイミングで互いに所定距離以内にあるフィラー粒子２０とカップリング剤粒子４とを所定確率で結合させる第１反応処理を繰り返し実行する。第１反応処理は全てのカップリング剤粒子４がフィラー粒子２０に結合するまで繰り返し実行される。第１反応処理では、フィラー粒子２０とカップリング剤粒子４との結合だけを実行し、カップリング剤粒子４とポリマー粒子３０の結合は実行しない。第１反応処理は、例えば１０００ステップなどのあるタイムステップが経過するタイミング（所定のタイミング）で実行され、実行されるタイミングにおける粒子の位置データを用いる。位置データに基づき予め定めた所定距離以内にあるフィラー粒子２０とカップリング剤粒子４との結合判定を行う。結合判定では、予め定めた所定確率を用いて双方の粒子を結合するか否かを判定する。結合すると判定されれば、双方の粒子の間に結合相互作用が設定されて結合される。結合しないと判定されれば、双方の粒子の間には結合相互作用が設定されない。 As shown in FIG. 6, the first reaction processing execution unit 13 shown in FIG. And the coupling agent particles 4 are coupled with a predetermined probability to repeatedly execute a first reaction process. The first reaction process is repeatedly performed until all the coupling agent particles 4 are bonded to the filler particles 20. In the first reaction process, only the coupling between the filler particles 20 and the coupling agent particles 4 is performed, and the coupling between the coupling agent particles 4 and the polymer particles 30 is not performed. The first reaction process is executed at a timing (predetermined timing) at which a certain time step such as 1000 steps elapses, and uses the position data of the particles at the executed timing. Based on the position data, the coupling between the filler particles 20 and the coupling agent particles 4 within a predetermined distance is determined. In the binding determination, it is determined whether or not both particles are combined using a predetermined probability. If it is determined that the particles are bound, a binding interaction is set between the particles and the particles are bound. If it is determined that they do not bind, no binding interaction is set between both particles.
図１に示す第２反応処理実行部１４は、図７に示すように、第１反応処理により全てのカップリング剤粒子４がフィラー粒子２０に結合した後に、所定のタイミングで互いに所定距離以内にあるポリマー粒子３０とカップリング剤粒子４とを所定確率で結合させる第２反応処理を繰り返し実行する。第２反応処理では、カップリング剤粒子４とポリマー粒子３０との結合だけを実行し、フィラー粒子２０とカップリング剤粒子４の結合は実行しない。第２反応処理は、全てのカップリング剤粒子４がポリマー粒子３０に結合するまで繰り返し実行される。結合対象が異なるが、処理内容が第１反応処理と同じである。 As illustrated in FIG. 7, the second reaction processing execution unit 14 illustrated in FIG. 1 performs the first reaction processing, after all the coupling agent particles 4 are bonded to the filler particles 20, within a predetermined distance from each other at a predetermined timing. The second reaction process for coupling certain polymer particles 30 and coupling agent particles 4 with a predetermined probability is repeatedly executed. In the second reaction process, only the coupling between the coupling agent particles 4 and the polymer particles 30 is performed, and the coupling between the filler particles 20 and the coupling agent particles 4 is not performed. The second reaction process is repeatedly performed until all the coupling agent particles 4 are bonded to the polymer particles 30. Although the connection target is different, the processing content is the same as the first reaction processing.
本実施形態において、粒子間に作用する結合相互作用には、ＦＥＮＥ−ＬＪ（レナードジョーンズ）が設定されている。具体的に、結合相互作用は、フィラー粒子２０同士の結合、ポリマー粒子３０同士の結合、フィラー粒子２０とカップリング剤粒子４の結合、ポリマー粒子３０とカップリング剤粒子４の結合に用いられる。相互作用の強さを表すパラメータ及び粒子の径を示すパラメータは同じ値にしている。これらは一例であり、種々変更可能である。 In the present embodiment, FENE-LJ (Leonard Jones) is set for the binding interaction acting between the particles. Specifically, the bonding interaction is used for bonding between filler particles 20, bonding between polymer particles 30, bonding between filler particles 20 and coupling agent particles 4, and bonding between polymer particles 30 and coupling agent particles 4. The parameter indicating the strength of the interaction and the parameter indicating the diameter of the particles have the same value. These are just examples, and various changes can be made.
本実施形態において、粒子間に作用する非結合相互作用には、ＷＣＡ（斥力のみのＬＪポテンシャル）が設定されている。具体的に、非結合相互作用は、フィラー粒子２０同士の間、フィラー粒子２０とポリマー粒子３０との間、フィラー粒子２０とカップリング剤粒子４との間、ポリマー粒子３０同士の間、ポリマー粒子３０とカップリング剤粒子４の間、カップリング剤粒子４同士の間、に設定される。相互作用の強さを表すパラメータ及び粒子の径を示すパラメータは同じ値にしている。これらは一例であり、種々変更可能である。 In the present embodiment, WCA (LJ potential with only repulsion) is set for the non-bonding interaction acting between particles. Specifically, the non-bonding interaction is caused between the filler particles 20, between the filler particles 20 and the polymer particles 30, between the filler particles 20 and the coupling agent particles 4, between the polymer particles 30, and between the polymer particles 30. 30 and between the coupling agent particles 4 and between the coupling agent particles 4. The parameter indicating the strength of the interaction and the parameter indicating the diameter of the particles have the same value. These are just examples, and various changes can be made.
［フィラー充填架橋高分子モデルを生成する方法］
図１に示すシステム１を用いて、フィラー充填架橋高分子モデルを生成する方法について、図２を用いて説明する。
[Method of generating filler-filled crosslinked polymer model]
A method of generating a filler-filled crosslinked polymer model using the system 1 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
まず、ステップＳＴ１において、初期設定部１０は、解析対象となるフィラー充填高分子モデルデータＭ１、カップリング剤粒子モデルデータＭ２、各種モデルの相互作用、分子動力学計算に必要な解析条件（温度、圧力など）などの各種設定を行い、これらの設定値をメモリに記憶する。 First, in step ST1, the initial setting unit 10 analyzes the filler-filled polymer model data M1 to be analyzed, the coupling agent particle model data M2, the interaction between various models, and the analysis conditions (temperature, Various settings such as pressure are performed, and these set values are stored in a memory.
次のステップＳＴ２において、混合モデル生成部１１は、複数のポリマー粒子３０が直鎖状又は分岐状に連なる複数のポリマー３と、複数のフィラー粒子２０が結合された複数のフィラー２と、複数のカップリング剤粒子４と、を有する混合モデルＭ３を生成する。 In the next step ST2, the mixed model generation unit 11 includes a plurality of polymers 3 in which a plurality of polymer particles 30 are linearly or branched, a plurality of fillers 2 in which a plurality of filler particles 20 are combined, and a plurality of A mixed model M3 having the coupling agent particles 4 is generated.
次のステップＳＴ３において、分子動力学計算実行部１２は、分子動力学計算を実行し、各々の粒子を分散させる。 In the next step ST3, the molecular dynamics calculation execution unit 12 executes the molecular dynamics calculation and disperses each particle.
次のステップＳＴ４において、第１反応処理実行部１３は、全てのカップリング剤粒子４がフィラー粒子２０に結合するまで第１反応処理を繰り返し実行する。 In the next step ST4, the first reaction processing execution unit 13 repeatedly executes the first reaction processing until all the coupling agent particles 4 are bonded to the filler particles 20.
次のステップＳＴ５において、分子動力学計算実行部１２は、平衡化処理を実行する。 In the next step ST5, the molecular dynamics calculation execution unit 12 executes an equilibration process.
次のステップＳＴ６において、第２反応処理実行部１４は、全てのカップリング剤粒子４がポリマー粒子３０に結合するまで第２反応処理を繰り返し実行する。 In the next step ST6, the second reaction processing execution section 14 repeatedly executes the second reaction processing until all the coupling agent particles 4 are bonded to the polymer particles 30.
次のステップＳＴ７において、分子動力学計算実行部１２は、平衡化処理を実行する。なお、このステップは、モデルを使用する前に実行してもよいので、モデル生成方法としては省略可能である。 In the next step ST7, the molecular dynamics calculation execution unit 12 executes an equilibration process. Since this step may be performed before using the model, it can be omitted as a model generation method.
以上のように、本実施形態のフィラー充填架橋高分子モデルを生成する方法は、
１又は複数のプロセッサが実行する方法であって、
複数のポリマー粒子３０が直鎖状又は分岐状に連なる複数のポリマー３と、複数のフィラー粒子２０が結合された複数のフィラー２と、複数のカップリング剤粒子４と、を有する混合モデルＭ３を生成するステップＳＴ２と、
所定温度Ｔ及び所定圧力Ｐを含む条件に基づいて分子動力学計算を行い、所定のタイミングで互いに所定距離以内にあるフィラー粒子２０とカップリング剤粒子４とを所定確率で結合させる第１反応処理を繰り返し実行するステップＳＴ４と、
第１反応処理により全てのカップリング剤粒子４がフィラー粒子２０に結合した後に、所定のタイミングで互いに所定距離以内にあるポリマー粒子３０とカップリング剤粒子４とを所定確率で結合させる第２反応処理を繰り返し実行するステップＳＴ６と、
を含む。
As described above, the method for generating the filler-filled crosslinked polymer model of the present embodiment includes:
A method performed by one or more processors, comprising:
A mixed model M3 having a plurality of polymers 3 in which a plurality of polymer particles 30 are linearly or branched, a plurality of fillers 2 in which a plurality of filler particles 20 are bonded, and a plurality of coupling agent particles 4 Generating step ST2;
A first reaction process for performing molecular dynamics calculation based on conditions including a predetermined temperature T and a predetermined pressure P, and coupling the filler particles 20 and the coupling agent particles 4 within a predetermined distance from each other with a predetermined probability at a predetermined timing. Step ST4 of repeatedly executing
After all the coupling agent particles 4 have been bonded to the filler particles 20 by the first reaction process, the second reaction in which the polymer particles 30 and the coupling agent particles 4 within a predetermined distance from each other are bonded at a predetermined timing with a predetermined probability. Step ST6 of repeatedly executing the processing;
including.
本実施形態のフィラー充填架橋高分子モデルを生成するシステムは、
複数のポリマー粒子３０が直鎖状又は分岐状に連なる複数のポリマー３と、複数のフィラー粒子２０が結合された複数のフィラー２と、複数のカップリング剤粒子４と、を有する混合モデルＭ３を生成する混合モデル生成部１１と、
所定温度Ｔ及び所定圧力Ｐを含む条件に基づいて分子動力学計算を行い、所定のタイミングで互いに所定距離以内にあるフィラー粒子２０とカップリング剤粒子４とを所定確率で結合させる第１反応処理を繰り返し実行する第１反応処理実行部１３と、
第１反応処理により全てのカップリング剤粒子４がフィラー粒子２０に結合した後に、所定のタイミングで互いに所定距離以内にあるポリマー粒子３０とカップリング剤粒子４とを所定確率で結合させる第２反応処理を繰り返し実行する第２反応処理実行部１４と、
を備える。
The system for generating the filler-filled crosslinked polymer model of the present embodiment includes:
A mixed model M3 having a plurality of polymers 3 in which a plurality of polymer particles 30 are linearly or branched, a plurality of fillers 2 in which a plurality of filler particles 20 are bonded, and a plurality of coupling agent particles 4 A mixed model generation unit 11 to generate;
A first reaction process for performing molecular dynamics calculation based on conditions including a predetermined temperature T and a predetermined pressure P, and coupling the filler particles 20 and the coupling agent particles 4 within a predetermined distance from each other with a predetermined probability at a predetermined timing. A first reaction process execution unit 13 that repeatedly executes
After all the coupling agent particles 4 have been bonded to the filler particles 20 by the first reaction process, the second reaction of bonding the polymer particles 30 and the coupling agent particles 4 within a predetermined distance from each other at a predetermined timing with a predetermined probability. A second reaction processing execution unit 14 that repeatedly executes the processing,
Is provided.
第１反応処理と第２反応処理とを同時に実行すれば、フィラー粒子２０とカップリング剤粒子４の結合及びポリマー粒子３０とカップリング剤粒子４の結合といった異種結合が同時に発生し、結合相互作用に由来する各々の粒子間の力が大きくなりすぎて、計算破綻が生じる。
このように、第１反応処理と第２反応処理とを同時に実行しないので、上記計算破綻を回避可能となる。
さらに、自由に移動可能なカップリング剤粒子４をフィラー粒子２０に対して結合させているので、分散した状態のカップリング剤粒子４がフィラー粒子２０に結合する。フィラー２において、ポリマー３と結合可能な箇所（カップリング剤粒子４）が分散するので、現実に近い結合構造を得ることができると考えられる。更に、フィラーにおける結合可能な箇所が分散することになり、ポリマーの複数個所がフィラーに対して一度に結合することを防止し、計算破綻を回避可能となる。
さらに、フィラー２におけるポリマー３と結合可能な箇所を分散させるために、複雑なロジックが不要であり、結合箇所の量は、カップリング剤粒子４の数を調整するだけでよい。
したがって、煩雑なロジックを必要とせず、計算破綻を回避し、フィラー粒子２０とポリマー粒子３０とを適切に結合させることが可能となる。
If the first reaction process and the second reaction process are performed simultaneously, heterogeneous bonds such as the bond between the filler particles 20 and the coupling agent particles 4 and the bond between the polymer particles 30 and the coupling agent particles 4 are generated at the same time. , The force between the respective particles becomes too large, and a calculation failure occurs.
As described above, since the first reaction process and the second reaction process are not performed simultaneously, the calculation failure can be avoided.
Further, since the freely movable coupling agent particles 4 are bonded to the filler particles 20, the dispersed coupling agent particles 4 are bonded to the filler particles 20. In the filler 2, a portion (coupling agent particle 4) that can be bonded to the polymer 3 is dispersed, so that a bonding structure close to reality can be obtained. Further, the bondable portions in the filler are dispersed, and it is possible to prevent a plurality of portions of the polymer from being bonded to the filler at one time, and to avoid a calculation failure.
Furthermore, complicated logic is not required to disperse the portions that can be bonded to the polymer 3 in the filler 2, and the amount of the bonded portions may be adjusted only by adjusting the number of the coupling agent particles 4.
Therefore, complicated logic is not required, calculation failure can be avoided, and the filler particles 20 and the polymer particles 30 can be appropriately bonded.
本実施形態の方法において、第１反応処理の繰り返し実行を開始する前に、所定温度Ｔ及び所定圧力Ｐを含む条件に基づいて分子動力学計算を行い、各々の粒子を分散させるステップＳＴ３を含む。
本実施形態のシステムにおいて、第１反応処理の繰り返し実行を開始する前に、所定温度Ｔ及び所定圧力Ｐを含む条件に基づいて分子動力学計算を行い、各々の粒子を分散させる分子動力学計算実行部１２を備える。
In the method of the present embodiment, before starting repetitive execution of the first reaction process, the method includes a step ST3 of performing a molecular dynamics calculation based on conditions including a predetermined temperature T and a predetermined pressure P to disperse each particle. .
In the system of the present embodiment, before starting the repetitive execution of the first reaction process, the molecular dynamics calculation is performed based on the conditions including the predetermined temperature T and the predetermined pressure P to disperse each particle. An execution unit 12 is provided.
このようにすれば、各々の粒子、特にカップリング剤粒子４が分散した状態になるので、後の第１反応処理においてカップリング剤粒子４がフィラー２に分散した状態で結合することになり、より適切な結合構造を得ることが可能である。 By doing so, the respective particles, particularly the coupling agent particles 4, are in a dispersed state, so that the coupling agent particles 4 are bonded in a state of being dispersed in the filler 2 in the subsequent first reaction treatment, It is possible to obtain a more appropriate coupling structure.
本実施形態の方法において、第１反応処理により全てのカップリング剤粒子４がフィラー粒子２０に結合した後であって、第２反応処理の繰り返し実行を開始する前に、所定温度及び所定圧力を含む条件に基づいて分子動力学計算により平衡化するステップＳＴ５を含む。
本実施形態のシステムにおいて、第１反応処理により全てのカップリング剤粒子４がフィラー粒子２０に結合した後であって、第２反応処理の繰り返し実行を開始する前に、所定温度及び所定圧力を含む条件に基づいて分子動力学計算により平衡化する分子動力学計算実行部１２を備える。
In the method of the present embodiment, the predetermined temperature and the predetermined pressure are set after all the coupling agent particles 4 have been bonded to the filler particles 20 by the first reaction treatment and before the repetitive execution of the second reaction treatment is started. A step ST5 of equilibrating by molecular dynamics calculation based on the included conditions is included.
In the system of the present embodiment, the predetermined temperature and the predetermined pressure are set after all the coupling agent particles 4 have been bonded to the filler particles 20 by the first reaction process and before the repetitive execution of the second reaction process is started. There is provided a molecular dynamics calculation execution unit 12 for performing equilibrium by molecular dynamics calculation based on the included conditions.
粒子を結合した後は、エネルギーが不安定であるので、平衡化処理を実行することにより結合直後の悪影響を排除することが可能となる。 After the particles are bonded, the energy is unstable. Therefore, by performing the equilibration process, it is possible to eliminate the adverse effects immediately after the bonding.
本実施形態に係るプログラムは、上記方法をコンピュータに実行させるプログラムである。このプログラムを実行することによっても、上記方法の奏する作用効果を得ることが可能となる。 The program according to the present embodiment is a program that causes a computer to execute the above method. By executing this program, it is also possible to obtain the operational effects achieved by the above method.
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 As described above, the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings. However, it should be considered that the specific configuration is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is shown not only by the description of the embodiment but also by the claims, and further includes meanings equivalent to the claims and all changes within the scope.
例えば、図１に示す各部１０〜１４は、所定プログラムをコンピュータのプロセッサで実行することで実現しているが、各部を専用回路で構成してもよい。また、本実施形態では１つのコンピュータにおけるプロセッサが各部１０〜１４を実装しているが、少なくとも１又は複数のプロセッサに分散して実装してもよい。 For example, each of the units 10 to 14 illustrated in FIG. 1 is realized by executing a predetermined program by a processor of a computer, but each unit may be configured by a dedicated circuit. Further, in the present embodiment, the processors in one computer implement the units 10 to 14, but may be implemented by being distributed to at least one or a plurality of processors.
上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 The structure adopted in each of the above embodiments can be adopted in any other embodiment. The specific configuration of each unit is not limited to only the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
１…システム
１１…混合モデル生成部
１２…分子動力学計算実行部
１３…第１反応処理実行部
１４…第２反応処理実行部
２…フィラー
２０…フィラー粒子
３…ポリマー
３０…ポリマー粒子
４…カップリング剤粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... System 11 ... Mixed model generation part 12 ... Molecular dynamics calculation execution part 13 ... 1st reaction processing execution part 14 ... 2nd reaction processing execution part 2 ... Filler 20 ... Filler particle 3 ... Polymer 30 ... Polymer particle 4 ... Cup Ring agent particles
Claims (7)
複数のポリマー粒子が直鎖状又は分岐状に連なる複数のポリマーと、複数のフィラー粒子が結合された複数のフィラーと、複数のカップリング剤粒子と、を有する混合モデルを生成するステップと、
所定温度及び所定圧力を含む条件に基づいて分子動力学計算を行い、所定のタイミングで互いに所定距離以内にある前記フィラー粒子と前記カップリング剤粒子とを所定確率で結合させる第１反応処理を繰り返し実行するステップと、
前記第１反応処理により全ての前記カップリング剤粒子が前記フィラー粒子に結合した後に、所定のタイミングで互いに所定距離以内にある前記ポリマー粒子と前記カップリング剤粒子とを所定確率で結合させる第２反応処理を繰り返し実行するステップと、
を含む、フィラー充填架橋高分子モデルを生成する方法。 A method performed by one or more processors, comprising:
A plurality of polymers in which a plurality of polymer particles are linearly or branched, a plurality of fillers in which a plurality of filler particles are bonded, and a plurality of coupling agent particles, a step of generating a mixed model having:
A molecular dynamics calculation is performed based on conditions including a predetermined temperature and a predetermined pressure, and a first reaction process of bonding the filler particles and the coupling agent particles within a predetermined distance from each other at a predetermined timing with a predetermined probability is repeated. Steps to perform;
After all the coupling agent particles have been bonded to the filler particles by the first reaction treatment, the polymer particles and the coupling agent particles that are within a predetermined distance from each other at a predetermined timing are bonded with a predetermined probability. Repeatedly executing the reaction process;
A method for generating a filler-filled crosslinked polymer model, comprising:
所定温度及び所定圧力を含む条件に基づいて分子動力学計算を行い、所定のタイミングで互いに所定距離以内にある前記フィラー粒子と前記カップリング剤粒子とを所定確率で結合させる第１反応処理を繰り返し実行する第１反応処理実行部と、
前記第１反応処理により全ての前記カップリング剤粒子が前記フィラー粒子に結合した後に、所定のタイミングで互いに所定距離以内にある前記ポリマー粒子と前記カップリング剤粒子とを所定確率で結合させる第２反応処理を繰り返し実行する第２反応処理実行部と、
を備える、フィラー充填架橋高分子モデルを生成するシステム。 A mixed model generation unit that generates a mixed model including a plurality of polymers in which a plurality of polymer particles are linearly or branched, a plurality of fillers in which a plurality of filler particles are combined, and a plurality of coupling agent particles. When,
A molecular dynamics calculation is performed based on conditions including a predetermined temperature and a predetermined pressure, and a first reaction process of bonding the filler particles and the coupling agent particles within a predetermined distance from each other at a predetermined timing with a predetermined probability is repeated. A first reaction processing execution unit to execute;
After all the coupling agent particles have been bonded to the filler particles by the first reaction treatment, the polymer particles and the coupling agent particles that are within a predetermined distance from each other at a predetermined timing are bonded with a predetermined probability. A second reaction processing execution unit that repeatedly executes the reaction processing;
A system for generating a filler-filled crosslinked polymer model, comprising:
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012177609A (en) * | 2011-02-25 | 2012-09-13 | Bridgestone Corp | Model creation method of high polymer material |
| JP2013024711A (en) * | 2011-07-20 | 2013-02-04 | Bridgestone Corp | Method for creating equilibrium model of filler loading polymer |
| JP2013186746A (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-19 | Sumitomo Rubber Ind Ltd | Simulation method for high polymer material |
| JP2015064242A (en) * | 2013-09-24 | 2015-04-09 | 横浜ゴム株式会社 | Method for creating model for analyzing composite material, computer program for analyzing composite material, simulation method of composite material and computer program for simulation of composite material |
| JP2015079450A (en) * | 2013-10-18 | 2015-04-23 | 住友ゴム工業株式会社 | Method for creating simulation model of composite material |
| JP2015212925A (en) * | 2014-04-18 | 2015-11-26 | 住友ゴム工業株式会社 | Simulation method for high polymer material |
-
2018
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012177609A (en) * | 2011-02-25 | 2012-09-13 | Bridgestone Corp | Model creation method of high polymer material |
| JP2013024711A (en) * | 2011-07-20 | 2013-02-04 | Bridgestone Corp | Method for creating equilibrium model of filler loading polymer |
| JP2013186746A (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-19 | Sumitomo Rubber Ind Ltd | Simulation method for high polymer material |
| JP2015064242A (en) * | 2013-09-24 | 2015-04-09 | 横浜ゴム株式会社 | Method for creating model for analyzing composite material, computer program for analyzing composite material, simulation method of composite material and computer program for simulation of composite material |
| JP2015079450A (en) * | 2013-10-18 | 2015-04-23 | 住友ゴム工業株式会社 | Method for creating simulation model of composite material |
| JP2015212925A (en) * | 2014-04-18 | 2015-11-26 | 住友ゴム工業株式会社 | Simulation method for high polymer material |
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