JP2020135762A - Material analysis method, and computer program for material analysis - Google Patents

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Abstract

To provide a material analysis method and the like for efficiently evaluating a crystalline structure of a polymer in an analysis object region.SOLUTION: A material analysis method includes the steps of: creating a material analysis model containing plural polymer models obtained by modeling polymers using plural polymer particles; cross-linking the polymer models according to cross-linking analysis; setting an interaction in an analysis model after the cross-linking analysis and conducting a numerical analysis; extracting particles belonging to a search start point group, and particles belonging to a search end point group differing from the search start point group; specifying one particle of the search start point group as a starting particle, and specifying plural particles contained in the search end point group as ending particles; performing processing for extracting polymer paths between the starting particle and each particle of the ending particles; and extracting polymer paths of the whole path between the particles of the search start point group and the particles of the search end point group.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、少なくともポリマー粒子を含む材料の解析方法及び材料の解析用コンピュータプログラムに関し、例えば、複合材料中に形成された高分子材料のネットワークを効率的に精度良く解析可能な材料の解析方法及び材料の解析用コンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to a method for analyzing a material containing at least polymer particles and a computer program for analyzing the material, for example, a method for analyzing a material capable of efficiently and accurately analyzing a network of polymer materials formed in a composite material. Regarding computer programs for material analysis.

従来、分子動力学を用いた高分子材料のシミュレーション方法が提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。特許文献1に記載された高分子材料のシミュレーション方法では、フィラーをモデル化したフィラーモデル及びポリマーをモデル化したポリマーモデルを用いた分子動力学計算により高分子材料モデルを設定した後、設定した高分子材料モデルに基づいて、有限個の要素でモデル化した有限要素モデルを用いて変形解析を実施する。また、特許文献2に記載の高分子材料のシミュレーション方法では、高分子材料を用いた粗視化モデルとフィラーの外面を含むフィラーモデルとを用いて分子動力学計算を実施した後、粗視化モデルが配置された空間を複数の微小領域に区分して緩和弾性率を計算する。 Conventionally, a method for simulating a polymer material using molecular dynamics has been proposed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). In the polymer material simulation method described in Patent Document 1, a polymer material model is set by molecular dynamics calculation using a filler model that models a filler and a polymer model that models a polymer, and then the set height is set. Based on the molecular material model, deformation analysis is performed using a finite element model modeled with a finite number of elements. Further, in the method for simulating a polymer material described in Patent Document 2, molecular dynamics calculation is performed using a coarse-grained model using the polymer material and a filler model including the outer surface of the filler, and then coarse-grained. The relaxation elastic modulus is calculated by dividing the space where the model is placed into a plurality of minute regions.

特開2015−056002号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-056002 特開2014−203262号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-203262

ここで、ポリマー粒子を含むゴムなどの物質は、ポリマー粒子が配置されている領域でポリマーの結晶構造が、多数形成される。このため、ポリマーの結晶構造を効率よく検出することが求められている。 Here, in a substance such as rubber containing polymer particles, a large number of polymer crystal structures are formed in the region where the polymer particles are arranged. Therefore, it is required to efficiently detect the crystal structure of the polymer.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、ポリマーの結晶構造を効率よく評価可能な材料の解析方法及び材料の解析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 an object of the present invention is to provide a material analysis method and a computer program for material analysis capable of efficiently evaluating the crystal structure of a polymer.

本発明の材料の解析方法は、コンピュータを用いて分子動力学法により作成した材料の解析用モデルを用いた材料の解析方法であって、複数のポリマー粒子によってポリマーをモデル化した複数のポリマーモデルを含む材料の解析用モデルを作成するステップと、前記ポリマーモデルを架橋解析により架橋させるステップと、架橋解析後の前記解析用モデルに相互作用を設定して数値解析を実施するステップと、探索開始点群に属する粒子と、前記探索開始点群とは異なる探索終了点群に属する粒子と、を抽出するステップと、前記探索開始点群の1つの粒子を開始粒子として特定し、前記探索終了点群に含まれる複数の粒子を終了粒子として特定し、前記開始粒子と前記終了粒子のそれぞれの粒子との間のポリマー経路を抽出する処理を行い、前記探索開始点群の粒子と前記探索終了点群の粒子の間の全経路のポリマー経路を抽出する抽出ステップと、を含むことを特徴とする。 The material analysis method of the present invention is a material analysis method using a material analysis model created by a molecular dynamics method using a computer, and is a plurality of polymer models in which a polymer is modeled by a plurality of polymer particles. A step of creating an analysis model of a material containing the particles, a step of cross-linking the polymer model by cross-linking analysis, a step of setting an interaction with the analysis model after cross-linking analysis and performing a numerical analysis, and a search start. A step of extracting particles belonging to a point group and particles belonging to a search end point group different from the search start point group, and one particle of the search start point group is specified as a start particle, and the search end point is specified. A plurality of particles included in the group are specified as end particles, a process of extracting a polymer path between the start particles and the respective particles of the end particles is performed, and the particles of the search start point group and the search end point are performed. It comprises an extraction step of extracting the polymer pathway of all pathways between the particles of the group.

前記解析モデルは、複数のポリマー粒子によってポリマーをモデル化した複数のポリマーモデル及びフィラーをモデル化した複数のフィラーモデルを含む複合材料であることが好ましい。 The analytical model is preferably a composite material that includes a plurality of polymer models in which the polymer is modeled by the plurality of polymer particles and a plurality of filler models in which the filler is modeled.

また、前記抽出ステップで算出したポリマー経路を、経路に含まれる結合数又は粒子数を用いて経路長さを評価する評価ステップを、さらに含むことが好ましい。 Further, it is preferable that the polymer pathway calculated in the extraction step further includes an evaluation step of evaluating the pathway length using the number of bonds or the number of particles contained in the pathway.

また、前記評価ステップは、前記ポリマー経路の一端部から他端部までの末端間距離と、前記ポリマー経路の経路長とを算出し、前記末端間距離と、前記経路長さとに基づいて、前記ポリマー経路が伸びきり鎖であるか否かを判定することが好ましい。 Further, in the evaluation step, the distance between the ends of the polymer pathway from one end to the other end and the path length of the polymer pathway are calculated, and based on the distance between the ends and the path length, the evaluation step is performed. It is preferable to determine whether the polymer pathway is a stretched chain.

また、前記評価ステップは、変温解析により低温状態で経路探索を実施することが好ましい。 Further, in the evaluation step, it is preferable to carry out a route search in a low temperature state by temperature change analysis.

また、前記評価ステップは、少なくとも2つの時刻の結果を評価することが好ましい。 In addition, it is preferable that the evaluation step evaluates the results at at least two times.

また、前記時刻歴を可視化して表示することが好ましい。 Further, it is preferable to visualize and display the time history.

また、前記時刻歴のうち、第1解析時間の解析結果と、前記第1解析時間とは異なる第2解析時間の解析結果との差分を算出することが好ましい。 Further, it is preferable to calculate the difference between the analysis result of the first analysis time and the analysis result of the second analysis time different from the first analysis time in the time history.

また、前記ポリマー経路において、隣接する2つのポリマー粒子との距離に基づいて、単位結合当たりに発生している力を算出するステップと、前記単位結合当たりに発生している力に基づいて、前記ポリマー経路に発生している力を算出するステップと、を有することが好ましい。 Further, in the polymer pathway, the step of calculating the force generated per unit bond based on the distance between two adjacent polymer particles and the force generated per unit bond are used. It is preferable to have a step of calculating the force generated in the polymer pathway.

また、前記抽出ステップは、幅優先探索でポリマー経路を探索することが好ましい。 Further, in the extraction step, it is preferable to search the polymer pathway by breadth-first search.

また、前記探索開始点群の粒子は、自由末端粒子であり、前記探索終了点群の粒子は、自由末端粒子であることが好ましい。 Further, it is preferable that the particles in the search start point group are free-end particles, and the particles in the search end point group are free-end particles.

また、前記探索開始点群の粒子は、架橋前に時点でポリマー鎖の自由末端粒子であった粒子であり、前記探索終了点群の粒子は、架橋前に時点でポリマー鎖の自由末端粒子であった粒子であることが好ましい。 Further, the particles of the search start point group are particles that were free-end particles of the polymer chain at the time before the cross-linking, and the particles of the search end point group are the free-end particles of the polymer chain at the time before the cross-linking. It is preferable that the particles are present.

また、前記抽出ステップは、探索済みのポリマー経路と合流した経路は、探索を終了することが好ましい。 Further, in the extraction step, it is preferable that the search for the route merging with the searched polymer route is completed.

また、前記抽出ステップは、主鎖のポリマー経路を探索することが好ましい。 In addition, the extraction step preferably searches for a polymer pathway in the main chain.

また、前記抽出ステップは、架橋結合を挟んだポリマー経路を探索することが好ましい。 In addition, the extraction step preferably searches for a polymer pathway that sandwiches a crosslinked bond.

また、前記抽出ステップは、架橋結合を通過したポリマー経路の探索を終了することが好ましい。 In addition, the extraction step preferably ends the search for the polymer pathway that has passed through the cross-linking.

また、前記解析用モデルの解析結果と、前記解析用モデルとは異なる比較解析用モデルとの解析結果とを比較することが好ましい。 Further, it is preferable to compare the analysis result of the analysis model with the analysis result of a comparative analysis model different from the analysis model.

また、本発明は、上記のいずれかに記載の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、材料の解析用コンピュータプログラムを提供する。 The present invention also provides a computer program for analyzing materials, which comprises causing a computer to execute the method for analyzing a material according to any one of the above.

本発明によれば、ポリマーの結晶構造を効率よく評価することができる。また、本発明によれば、ポリマーの結晶構造を評価可能な材料の解析方法及び材料の解析用コンピュータプログラムを実現することができる。 According to the present invention, the crystal structure of a polymer can be efficiently evaluated. Further, according to the present invention, it is possible to realize a material analysis method capable of evaluating the crystal structure of a polymer and a computer program for material analysis.

図1は、本発明の実施形態に係る対象材料の解析方法の概略を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing an outline of an analysis method of a target material according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施形態に係る材料の解析方法の概略を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an outline of a material analysis method according to an embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施形態に係る材料の解析方法の概略を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing an outline of a material analysis method according to an embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施形態に係る材料の解析方法で作成される解析用モデルの一例を示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of an analysis model created by the material analysis method according to the embodiment of the present invention. 図5は、本発明の実施形態に係る材料の解析方法の一例を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a material analysis method according to the embodiment of the present invention. 図6は、本発明の実施形態に係る材料の解析方法の一例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a material analysis method according to the embodiment of the present invention. 図7は、本発明の実施形態に係る材料の解析方法の一例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a material analysis method according to the embodiment of the present invention. 図8は、本発明の実施形態に係る材料の解析方法の一例を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of a material analysis method according to the embodiment of the present invention. 図9は、本実施形態に係る材料の解析方法の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a material analysis method according to the present embodiment. 図10は、本発明の実施形態に係る材料の解析方法の一例を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a material analysis method according to the embodiment of the present invention. 図11は、本発明の実施形態に係る材料の解析方法の一例を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of a material analysis method according to the embodiment of the present invention. 図12は、本発明の実施形態に係る材料の解析方法の一例を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a material analysis method according to the embodiment of the present invention. 図13は、本実施の形態に係る材料の解析方法を実行する解析装置の機能ブロック図である。FIG. 13 is a functional block diagram of an analysis device that executes the material analysis method according to the present embodiment. 図14は、伸びきり鎖数とひずみとの時刻変化を対応付けたグラフである。FIG. 14 is a graph in which the number of stretched chains and the time change of strain are associated with each other. 図15は、伸びきり鎖長とひずみとの時刻変化を対応付けたグラフである。FIG. 15 is a graph in which the stretched chain length and the strain are associated with the time change. 図16は、伸びきり鎖の伸びとひずみとの時刻変化を対応付けたグラフである。FIG. 16 is a graph in which the elongation of the stretched chain and the time change of the strain are associated with each other.

以下、本発明の実施形態について、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, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be modified as appropriate.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る対象材料の解析方法の概略を示すフローチャートである。図1に示すように、本実施形態に係る対象材料の解析方法は、コンピュータを用いた分子動力学法により作成したポリマー粒子を含む対象材料の解析用モデルを用いた材料の解析方法である。この対象材料の解析方法は、コンピュータを用いて分子動力学法により作成した対象材料の解析用モデルを用いたポリマー粒子を少なくとも含む材料の解析方法であって、複数のポリマー粒子によってポリマーをモデル化した複数のポリマーモデルを含む材料の解析用モデルを作成する第1ステップST1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ST2と、架橋解析後の解析用モデルに相互作用を設定して数値解析を実施する第3ステップST3と、評価対象とするポリマー群を選定する第4ステップST4と、ポリマー群から探索開始点群を設定する第5ステップST5と、ポリマー群から探索終了点群を設定する第6ステップST6と、開始点と終了点のポリマーの経路を抽出する第7ステップST7と、抽出した粒子の経路探索完了かを判定する第8ステップST8と、を含む。第8ステップST8は、探索開始点群の全ての粒子での探索を完了した場合、経路の探索が完了したと判定する。つまり、探索開始点群の全ての粒子と探索終了点群の全ての粒子との間の経路を探索する。第8ステップS18は、完了していないと判定した場合、第7ステップST7に戻り、完了したと判定した場合、経路探索絵結果に基づいて、複合材料を評価する第9ステップST9を実行し、処理を終了する。複合材料を評価する第9ステップST9は、抽出したそれぞれのポリマー経路を評価する。図1に示す例では、評価対象とするポリマー群を選定する第4ステップST4を実行したが、ポリマー粒子の群を選定せずに、探索開始点群、探索終了点群を設定してもよい。また、ポリマー経路の評価については、後述する。 FIG. 1 is a flowchart showing an outline of an analysis method of a target material according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the analysis method of the target material according to the present embodiment is a material analysis method using an analysis model of the target material containing polymer particles prepared by a molecular dynamics method using a computer. This method for analyzing the target material is a method for analyzing a material containing at least polymer particles using a model for analyzing the target material created by a molecular dynamics method using a computer, and models a polymer with a plurality of polymer particles. The first step ST1 to create an analysis model of a material containing a plurality of polymer models, the second step ST2 to crosslink the polymer model by cross-linking analysis, and the numerical value by setting the interaction with the analysis model after the cross-linking analysis. The third step ST3 to carry out the analysis, the fourth step ST4 to select the polymer group to be evaluated, the fifth step ST5 to set the search start point group from the polymer group, and the search end point group from the polymer group are set. The sixth step ST6, the seventh step ST7 for extracting the polymer pathways at the start point and the end point, and the eighth step ST8 for determining whether the route search of the extracted particles is completed are included. In the eighth step ST8, when the search for all the particles in the search start point group is completed, it is determined that the search for the route is completed. That is, the path between all the particles in the search start point group and all the particles in the search end point group is searched. If it is determined that the eighth step S18 is not completed, the process returns to the seventh step ST7, and if it is determined that the eighth step S18 is completed, the ninth step ST9 for evaluating the composite material is executed based on the route search picture result. End the process. The ninth step ST9, which evaluates the composite material, evaluates each polymer pathway extracted. In the example shown in FIG. 1, the fourth step ST4 for selecting the polymer group to be evaluated was executed, but the search start point group and the search end point group may be set without selecting the polymer particle group. .. The evaluation of the polymer pathway will be described later.

本発明は、ポリマー粒子を含む材料の解析に用いることができるが、ポリマー粒子とフィラーを含む複合材料に好適に用いることができる。以下、複数のポリマー粒子と複数のフィラーを含む複合材料に適用する場合について、説明する。以下、複合材料の場合を用いて発明を詳細に説明するが、フィラーを含まない材料、例えばポリマー粒子のみの材料の場合も同様である。 Although the present invention can be used for analysis of materials containing polymer particles, it can be suitably used for composite materials containing polymer particles and fillers. Hereinafter, a case where it is applied to a composite material containing a plurality of polymer particles and a plurality of fillers will be described. Hereinafter, the invention will be described in detail using the case of a composite material, but the same applies to a material containing no filler, for example, a material containing only polymer particles.

図2は、本発明の第1の実施形態に係る材料の解析方法の概略を示すフローチャートである。図2に示すフローチャートは、解析対象をポリマー粒子とフィラーを含む複合材料とした場合を示している。図2に示すように、本実施形態に係る材料の解析方法は、コンピュータを用いた分子動力学法により作成した材料の解析用モデルを用いた材料の解析方法である。この材料の解析方法は、コンピュータを用いて分子動力学法により作成した材料の解析用モデルを用いた材料の解析方法であって、複数のポリマー粒子によってポリマーをモデル化した複数のポリマーモデル及びフィラーをモデル化した複数のフィラーモデルを含む材料の解析用モデルを作成する第1ステップST11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ST12と、架橋解析後の解析用モデルに相互作用を設定して数値解析を実施する第3ステップST13と、評価対象とするポリマー群を選定する第4ステップST14と、ポリマー群から探索開始点群を設定する第5ステップST15と、ポリマー群から探索終了点群を設定する第6ステップST16と、開始点と終了点のポリマーの経路を抽出する第7ステップST17と、抽出した粒子の経路探索完了かを判定する第8ステップST18と、を含む。第8ステップST18は、探索開始点群の全ての粒子での探索を完了した場合、経路の探索が完了したと判定する。つまり、探索開始点群の全ての粒子と探索終了点群の全ての粒子との間の経路を探索する。第8ステップS18は、完了していないと判定した場合、第7ステップST17に戻り、完了したと判定した場合、経路探索絵結果に基づいて、複合材料を評価する第9ステップST19を実行し、処理を終了する。複合材料を評価する第9ステップST19は、抽出したそれぞれのポリマー経路を評価する。一例としては、図3に示すように、末端間距離と、経路長とを算出するステップST21と、ステップST21の算出結果に基づいてポリマー経路が伸びきり鎖であるかを判定するステップST22と、伸びきり鎖の単位結合当たりの力を算出するステップST23と、伸び切り鎖の全体に発生している力を算出するステップST24と、を含む。以下、本発明の第1の実施形態について詳細に説明する。 FIG. 2 is a flowchart showing an outline of a material analysis method according to the first embodiment of the present invention. The flowchart shown in FIG. 2 shows a case where the analysis target is a composite material containing polymer particles and a filler. As shown in FIG. 2, the material analysis method according to the present embodiment is a material analysis method using a material analysis model created by a molecular dynamics method using a computer. This material analysis method is a material analysis method using a material analysis model created by a molecular dynamics method using a computer, and is a plurality of polymer models and fillers in which a polymer is modeled by a plurality of polymer particles. The first step ST11 to create a model for analysis of a material containing a plurality of filler models modeled on the above, the second step ST12 to crosslink the polymer model by cross-linking analysis, and the interaction are set in the analysis model after the cross-linking analysis. The third step ST13 for performing numerical analysis, the fourth step ST14 for selecting the polymer group to be evaluated, the fifth step ST15 for setting the search start point group from the polymer group, and the search end point from the polymer group. It includes a sixth step ST16 for setting the group, a seventh step ST17 for extracting the polymer pathways at the start and end points, and an eighth step ST18 for determining whether the route search of the extracted particles is completed. The eighth step ST18 determines that the search for the route is completed when the search for all the particles in the search start point group is completed. That is, the path between all the particles in the search start point group and all the particles in the search end point group is searched. If it is determined that the eighth step S18 is not completed, the process returns to the seventh step ST17, and if it is determined that the eighth step S18 is completed, the ninth step ST19 for evaluating the composite material is executed based on the route search picture result. End the process. The ninth step ST19 to evaluate the composite material evaluates each polymer pathway extracted. As an example, as shown in FIG. 3, a step ST21 for calculating the distance between ends and a pathway length, and a step ST22 for determining whether the polymer pathway is a stretched chain based on the calculation result of step ST21. It includes step ST23 for calculating the force per unit bond of the stretched chain and step ST24 for calculating the force generated in the entire stretched chain. Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described in detail.

図4は、本実施形態に係る材料の解析方法で作成される解析用モデル1の一例を示す概念図である。図4に示すように、本実施形態に係る材料の解析用モデル1は、例えば、一辺の長さが距離Lの略立方体形状の仮想空間であるモデル作成領域A内に配置されたモデルである。具体的には、解析用モデル1は、複数のフィラー粒子11a,12aがモデル化されてなる一対の第1フィラーモデル11及び第2フィラーモデル12と、複数のポリマー粒子21a及び結合鎖21bがモデル化されてなる複数のポリマーモデル21とを有する。本実施形態では、解析対象となる複合材料がフィラー及び高分子材料であるポリマーを含有する例について説明するが、本発明は、2種類の以上の物質を含有する複合材料にも適用可能である。また、図4に示す例では、解析用モデル1が、2つの第1フィラーモデル11及び第2フィラーモデル12と、複数のポリマーモデル21とを有する例について説明したが、3以上のフィラーモデルを配置してもよい。また、モデル作成領域Aは、必ずしも略立方体形状の仮想空間である必要はなく、球状、楕円状、直方体形状、多面体形状など任意の形状としてもよい。 FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of the analysis model 1 created by the material analysis method according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the material analysis model 1 according to the present embodiment is, for example, a model arranged in a model creation area A which is a substantially cubic virtual space having a side length of a distance L. .. Specifically, the analysis model 1 is modeled on a pair of first filler model 11 and second filler model 12 in which a plurality of filler particles 11a and 12a are modeled, and a plurality of polymer particles 21a and a binding chain 21b. It has a plurality of polymer models 21 which are made. In the present embodiment, an example in which the composite material to be analyzed contains a filler and a polymer which is a polymer material will be described, but the present invention can also be applied to a composite material containing two or more kinds of substances. .. Further, in the example shown in FIG. 4, an example in which the analysis model 1 has two first filler models 11 and a second filler model 12 and a plurality of polymer models 21 has been described, but three or more filler models are used. It may be arranged. Further, the model creation area A does not necessarily have to be a virtual space having a substantially cubic shape, and may have an arbitrary shape such as a spherical shape, an elliptical shape, a rectangular parallelepiped shape, or a polyhedral shape.

第1フィラーモデル11及び第2フィラーモデル12は、複数のフィラー粒子11a,12aがそれぞれ略球状体に集合した状態でモデル化される。また、第1フィラーモデル11及び第2フィラーモデル12は、互いに所定間隔をとって離れた状態で配置されている。なお、第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12とは、相互に凝集した状態で外縁部が共有結合によって相互に連結されていてもよい。 The first filler model 11 and the second filler model 12 are modeled in a state in which a plurality of filler particles 11a and 12a are assembled in a substantially spherical shape, respectively. Further, the first filler model 11 and the second filler model 12 are arranged at a predetermined distance from each other. The first filler model 11 and the second filler model 12 may be connected to each other by covalent bonds at the outer edges in a state of being mutually aggregated.

複数のポリマーモデル21は、解析対象となる空間内で架橋される。複数のポリマーモデル21のうち一部のポリマーモデル21は、第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間に配置される。複数のポリマーモデル21のうち一部のポリマーモデル21は、少なくとも一端が第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間以外の領域に配置される。第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間に配置される複数のポリマーモデル21は、一端が第1フィラーモデル11からの相互作用を受ける範囲である第1解析対象領域A11内に配置され、他端が第2フィラーモデル12からの相互作用を受ける範囲である第2解析対象領域A12内に配置される。複数のポリマーモデル21は、一端を第1フィラーモデル11の表面のフィラー粒子11aと結合させてもよく、他端を第2フィラーモデル12の表面のフィラー粒子12aと結合させてもよい。 The plurality of polymer models 21 are crosslinked in the space to be analyzed. A part of the polymer models 21 among the plurality of polymer models 21 is arranged between the first filler model 11 and the second filler model 12. Some of the polymer models 21 among the plurality of polymer models 21 are arranged at least at one end in a region other than between the first filler model 11 and the second filler model 12. The plurality of polymer models 21 arranged between the first filler model 11 and the second filler model 12 are arranged in the first analysis target region A11 in which one end receives the interaction from the first filler model 11. The other end is arranged in the second analysis target region A12, which is the range where the interaction from the second filler model 12 is received. One end of the plurality of polymer models 21 may be bonded to the filler particles 11a on the surface of the first filler model 11, and the other end may be bonded to the filler particles 12a on the surface of the second filler model 12.

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。フィラー粒子11a,12aは、複数のフィラーの原子が集合されてモデル化される。複数のフィラー粒子11a,12aは、集合してフィラー粒子群を構成する。複数のフィラー粒子11a,12aは、隣接する互いの間の結合鎖(不図示)によって相対位置が特定されている。この結合鎖は、フィラー粒子11a,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、各フィラー粒子11a,12aを拘束している。結合鎖は、フィラー粒子11a,12aの相対位置、捻り、及び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。第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12とは、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,12aの質量、体積、直径及び初期座標などを含む)である。第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12の数値データは、コンピュータに入力される。 Examples of the filler include carbon black, silica, alumina and the like. The filler particles 11a and 12a are modeled by assembling a plurality of filler atoms. The plurality of filler particles 11a and 12a aggregate to form a filler particle group. The relative positions of the plurality of filler particles 11a and 12a are specified by the bonding chains (not shown) between the adjacent filler particles 11a and 12a. This bond chain has a function as a spring in which an equilibrium length, which is a bond distance between the filler particles 11a and 12a, and a spring constant are defined, and restrains the filler particles 11a and 12a. The bond chain is a bond in which the potential for generating a force by the relative positions, twists, and bends of the filler particles 11a and 12a is defined. The first filler model 11 and the second filler model 12 are numerical data (including the mass, volume, diameter, initial coordinates, etc. of the filler particles 11a, 12a) for handling the filler in molecular dynamics. The numerical data of the first filler model 11 and the second filler model 12 are 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。ポリマー粒子21aは、複数のポリマーの原子が集合されてモデル化される。複数のポリマー粒子21aは、集合してポリマー粒子群を構成する。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。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21は、複数のポリマー原子及びポリマー粒子21aがモデル作成領域A内に所定密度で充填されたモデルである。ポリマー粒子21aは、隣接する互いの間の結合鎖21bによって相対位置が特定されている。結合鎖21bは、ポリマー粒子21a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21aを拘束している。結合鎖21bは、ポリマー粒子21aの相対位置、捻り、及び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21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21a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21の数値データは、コンピュータに入力される。 Polymers include, for example, rubbers, resins, and elastomers. The polymer particles 21a are modeled by aggregating atoms of a plurality of polymers. The plurality of polymer particles 21a aggregate to form a polymer particle group. A denaturing agent that enhances the affinity with the filler is added to the polymer, if necessary. The modifier includes, for example, a hydroxyl group, a carbonyl group, a functional group of an atomic group, and the like. The polymer model 21 is a model in which a plurality of polymer atoms and polymer particles 21a are filled in the modeling region A at a predetermined density. The relative positions of the polymer particles 21a are specified by the bonding chains 21b between adjacent ones. The bond chain 21b has a function as a spring in which an equilibrium length, which is a bond distance between the polymer particles 21a, and a spring constant are defined, and restrains each polymer particle 21a. The bond chain 21b is a bond in which the potential for generating a force by the relative position, twisting, bending, etc. of the polymer particles 21a is defined. The polymer model 21 is numerical data (including the mass, volume, diameter, initial coordinates, etc. of the polymer particles 21a) for handling the polymer in molecular dynamics. The numerical data of the polymer model 21 is input to the computer.

次に、本実施形態に係る材料の解析方法について詳細に説明する。以下では、2つのフィラー間で架橋するポリマーの例を説明するが、ポリマーは、フィラー間以外の領域でも架橋する。図5及び図6は、それぞれ本発明の実施形態に係る材料の解析方法の一例を示す説明図である。 Next, the method of analyzing the material according to the present embodiment will be described in detail. In the following, an example of a polymer that crosslinks between two fillers will be described, but the polymer also crosslinks in a region other than between the fillers. 5 and 6 are explanatory views showing an example of a material analysis method according to the embodiment of the present invention, respectively.

図5は、解析領域内の架橋済みのポリマーモデルを模式的に示している。実際のポリマー経路は、図4に示すように、3次元空間でポリマー粒子が種々の方向に連結するものであるが、説明のため、図5では、ポリマー経路を模式的に直線で示している。図5に示すように、ポリマー経路を探索する対象のモデル作成領域Aは、ポリマー粒子21aと、ポリマー粒子21aが架橋して形成される主鎖(高分子)34と、主鎖34同士を結合する架橋結合36と、が含まれる。主鎖34は、架橋前のポリマー鎖、つまり架橋前から形成されている高分子結合である。本解析方法では、主鎖34、架橋結合36を検出する。 FIG. 5 schematically shows a crosslinked polymer model in the analysis area. In the actual polymer pathway, as shown in FIG. 4, the polymer particles are connected in various directions in a three-dimensional space, but for the sake of explanation, in FIG. 5, the polymer pathway is schematically shown by a straight line. .. As shown in FIG. 5, in the model creation region A of the target for searching the polymer pathway, the polymer particles 21a, the main chain (polymer) 34 formed by cross-linking the polymer particles 21a, and the main chains 34 are bonded to each other. Cross-linking bond 36 and The main chain 34 is a polymer chain before cross-linking, that is, a polymer bond formed before cross-linking. In this analysis method, the main chain 34 and the crosslinked bond 36 are detected.

本解析方法では、モデル作成領域Aに含まれる複数のポリマー粒子21aの一部のポリマー粒子21aを、探索開始点群30に含まれるポリマー粒子21aに設定する。本解析方法では、モデル作成領域Aに含まれ、探索開始点群30に含まれない複数のポリマー粒子21aを探索終了点群32に含まれるポリマー粒子21aに設定する。なお、探索開始点群30に含まれるポリマー粒子21aと、探索終了点群32に含まれるポリマー粒子21aとは、モデル作成領域Aに含まれる多数のポリマー粒子21aのうちの一部のポリマー粒子21aである。また、本実施形態では、探索開始点群30に含まれるポリマー粒子21aと、探索終了点群32に含まれるポリマー粒子21aとは、架橋して形成されるポリマー経路の端部としている。これにより、効率よく解析を行うことができるが、任意のポリマー粒子21aを、探索開始点群30に含まれるポリマー粒子21aと、探索終了点群32に含まれるポリマー粒子21aに設定することができる。 In this analysis method, some of the polymer particles 21a of the plurality of polymer particles 21a included in the model creation region A are set as the polymer particles 21a included in the search start point group 30. In this analysis method, a plurality of polymer particles 21a included in the model creation region A and not included in the search start point group 30 are set as the polymer particles 21a included in the search end point group 32. The polymer particles 21a included in the search start point group 30 and the polymer particles 21a included in the search end point group 32 are some polymer particles 21a among a large number of polymer particles 21a included in the model creation region A. Is. Further, in the present embodiment, the polymer particles 21a included in the search start point group 30 and the polymer particles 21a included in the search end point group 32 are the end portions of the polymer pathway formed by cross-linking. As a result, the analysis can be performed efficiently, but any polymer particles 21a can be set to the polymer particles 21a included in the search start point group 30 and the polymer particles 21a included in the search end point group 32. ..

材料の解析方法は、図6に示すように、探索開始点群30に属する1つのポリマー粒子21aを経路探索開始粒子に選定し、探索終了点群32に属する複数のポリマー粒子21aを終了粒子に設定する。そして、材料の解析方法は、経路探索開始粒子と終了粒子との間の経路探索を行う。材料の解析方法は、1つの経路探索開始粒子と複数の終了粒子との間の経路探索を全経路探索で行う。 In the material analysis method, as shown in FIG. 6, one polymer particle 21a belonging to the search start point group 30 is selected as the path search start particle, and a plurality of polymer particles 21a belonging to the search end point group 32 are used as the end particles. Set. Then, the material analysis method performs a path search between the path search start particle and the path search end particle. In the material analysis method, a path search between one path search start particle and a plurality of end particles is performed by all path search.

ここで、終了粒子は、経路探索開始粒子(開始粒子)に選定したポリマー粒子21aと経路を確立していない探索終了点群32に属する全てのポリマー粒子21aが対象となる。具体的には、探索開始点群30に属する1つのポリマー粒子21aと、探索終了点群32に属するポリマー粒子21aのいずれかと繋がる経路があるかを網羅的に探索する。本実施形態では、幅優先探索を行い、探索開始点群30に属する1つのポリマー粒子21aから1つのポリマー粒子21aから繋がるポリマー粒子21aがあるかを探索し、2つ以上のポリマー粒子21aと繋がる場合は、以降それぞれのポリマー粒子21aと繋がる経路があるかを探索する。本実施形態では、架橋結合36で接続している部分で、他の主鎖34と繋がる経路を検出し、探索する経路が増加する。 Here, the end particles are the polymer particles 21a selected as the path search start particles (start particles) and all the polymer particles 21a belonging to the search end point group 32 for which the path has not been established. Specifically, it comprehensively searches for a path connecting one of the polymer particles 21a belonging to the search start point group 30 and the polymer particles 21a belonging to the search end point group 32. In the present embodiment, a breadth-first search is performed to search for whether there is a polymer particle 21a connected from one polymer particle 21a from one polymer particle 21a belonging to the search start point group 30, and when the polymer particle 21a is connected to two or more polymer particles 21a. Searches for a path connecting to each polymer particle 21a thereafter. In the present embodiment, the number of routes for detecting and searching for a route connected to another main chain 34 is increased at the portion connected by the cross-linking bond 36.

図6に示す例は、材料の解析方法により1回目の経路探索を行うことで、探索開始点群30に属する1つのポリマー粒子21aである開始点40aから、探索終了点群32に属するポリマー粒子21aのそれぞれに繋がる経路が含まれる領域42aの経路を抽出する。なお、図6では、全ての探索終了点群32に属するポリマー粒子21aと経路が確立されているが、一部の探索終了点群32に属するポリマー粒子21aとは経路が確立しない場合もある。 In the example shown in FIG. 6, by performing the first path search by the material analysis method, the polymer particles belonging to the search end point group 32 from the start point 40a, which is one polymer particle 21a belonging to the search start point group 30. The route of the region 42a including the route connected to each of the 21a is extracted. In FIG. 6, the route is established with the polymer particles 21a belonging to all the search end point groups 32, but the route may not be established with the polymer particles 21a belonging to some of the search end point groups 32.

1回目の経路探索が完了したら、探索開始点群30に属するポリマー粒子21aから開始点40aとは別のポリマー粒子21aを開始点40bに設定し、2回目の経路探索を行う。開始点40bは、開始点40aから遠いポリマー粒子21aを選定することが好ましい。本実施形態の材料の解析方法は、経路探索中に探索済みの経路と同じ経路に到達した場合、当該経路についての経路探索を終了する。開始点40bから探索終了点群32に向けた全経路探索を行うと、図6に示すように、領域42aと重なるまでの領域42bの経路が探索される。ここで、本実施形態の材料の解析方法は、重複領域44で示すように、領域42bの経路探索で、領域42aと接した時点で経路探索を終了せず、一定距離の経路が重複した時点で経路探索を終了する。一部領域を重複して探索することで、ポリマー経路の検出漏れを抑制することができる。また、重複している場合は、探索を終了することで、重複した経路の探索を抑制でき、効率よく経路を探索することができる。なお、重複領域は、ポリマー粒子の1結合または2結合分の評価をすることが好ましい。これにより、ポリマー経路の接続状態をより高い精度で検出することができる。 When the first route search is completed, the polymer particles 21a belonging to the search start point group 30 are set to the polymer particles 21a different from the start point 40a at the start point 40b, and the second route search is performed. As the starting point 40b, it is preferable to select polymer particles 21a far from the starting point 40a. The material analysis method of the present embodiment ends the route search for the route when the same route as the searched route is reached during the route search. When the entire route search from the start point 40b to the search end point group 32 is performed, as shown in FIG. 6, the route of the region 42b until it overlaps with the region 42a is searched. Here, in the material analysis method of the present embodiment, as shown in the overlapping region 44, in the route search of the region 42b, the route search is not completed at the time of contact with the region 42a, and the route of a certain distance overlaps. Ends the route search with. By searching for some regions in an overlapping manner, it is possible to suppress omission of detection of the polymer pathway. Further, in the case of duplication, by ending the search, the search for the duplicated route can be suppressed, and the route can be searched efficiently. It is preferable to evaluate the overlapping region for one bond or two bonds of the polymer particles. As a result, the connection state of the polymer path can be detected with higher accuracy.

2回目の経路探索が完了したら、探索開始点群30に属するポリマー粒子21aから開始点40a、開始点40bとは別のポリマー粒子21aを開始点40cに設定し、3回目の経路探索を行う。開始点40cは、開始点40a、40bから遠いポリマー粒子21aを選定することが好ましい。本実施形態の材料の解析方法は、経路探索中に探索済みの経路と同じ経路に到達した場合、当該経路についての経路探索を終了する。開始点40cから探索終了点群32に向けた全経路探索を行うと、図6に示すように、領域42a、42bと重なるまでの領域42cの経路が探索される。本実施形態の材料の解析方法は、重複領域46で示すように、領域42cの経路探索で、領域42aと接した時点で経路探索を終了せず、一定距離の経路が重複した時点で経路探索を終了する。また、重複領域48で示すように、領域42cの経路探索で、領域42bと接した時点で経路探索を終了せず、一定距離の経路が重複した時点で経路探索を終了する。 When the second route search is completed, the polymer particles 21a belonging to the search start point group 30 are set to the start point 40a and the polymer particles 21a different from the start point 40b are set to the start point 40c, and the third route search is performed. As the starting point 40c, it is preferable to select polymer particles 21a far from the starting points 40a and 40b. The material analysis method of the present embodiment ends the route search for the route when the same route as the searched route is reached during the route search. When the entire route search from the start point 40c to the search end point group 32 is performed, as shown in FIG. 6, the route of the region 42c until it overlaps with the regions 42a and 42b is searched. As shown in the overlapping region 46, the material analysis method of the present embodiment does not end the route search at the time of contact with the region 42a in the route search of the region 42c, and the route search at the time when the routes of a certain distance overlap. To finish. Further, as shown in the overlapping region 48, in the route search of the region 42c, the route search is not terminated when the route is in contact with the region 42b, but is terminated when the routes of a certain distance are overlapped.

図5、5に示す例では、探索開始点群30のポリマー粒子21aと、探索終了点群32のポリマー粒子21aとが繋がっている経路のみを示しているが、材料の解析方法は、探索開始点群30のポリマー粒子21aから探索終了点群32に属するポリマー粒子21aに繋がらない経路も探索する。この場合、材料の解析方法は、一定距離接続しても(所定数のポリマー粒子21aと接続しても)、探索終了点群32に属するポリマー粒子21aに到達しない場合、経路探索を終了すればよい。 In the examples shown in FIGS. 5 and 5, only the path in which the polymer particles 21a of the search start point group 30 and the polymer particles 21a of the search end point group 32 are connected is shown, but the material analysis method is the search start. A path that does not connect the polymer particles 21a of the point group 30 to the polymer particles 21a belonging to the search end point group 32 is also searched. In this case, the material analysis method is to end the route search if the polymer particles 21a belonging to the search end point group 32 are not reached even if they are connected by a certain distance (even if they are connected to a predetermined number of polymer particles 21a). Good.

このように、探索開始点群30の1つのポリマー粒子21aと探索終了点群32の複数のポリマー粒子と選定しポリマー経路を抽出することで、効率よく、かつ、複数のポリマー経路を網羅的に検出することができる。 In this way, by selecting one polymer particle 21a of the search start point group 30 and a plurality of polymer particles of the search end point group 32 and extracting the polymer pathway, the plurality of polymer pathways can be efficiently and comprehensively covered. Can be detected.

また、本実施形態のように、探索開始点群30のポリマー粒子からの距離を1ポリマー粒子分または所定距離ずつ伸ばし、分岐した経路も並行して検出する幅優先探索を行うことで、効率よく経路を探索することができるが、1つずつの経路を順番に探索する深さ優先探索を行ってもよい。 Further, as in the present embodiment, the distance from the polymer particles of the search start point group 30 is extended by one polymer particle or a predetermined distance, and a breadth-first search is performed in which branched paths are also detected in parallel, thereby efficiently performing a breadth-first search. However, a depth-first search may be performed in which each route is searched in order.

また、本実施形態のように、探索開始点群30、探索終了点群32のそれぞれのポリマー粒子を自由末端粒子とすることで、ポリマー経路の端部から経路探索を行うことができ、ポリマー経路を漏れなく、検出することができる。 Further, as in the present embodiment, by setting each of the polymer particles of the search start point group 30 and the search end point group 32 as free end particles, the route search can be performed from the end of the polymer pathway, and the polymer pathway can be performed. Can be detected without omission.

また、探索開始点群30、探索終了点群32のそれぞれのポリマー粒子は、架橋前のポリマー鎖の自由末端粒子とすることも好ましい。これにより、架橋前の自由末端が架橋した場合に経路を有効に探索することができる。 Further, it is also preferable that the polymer particles of the search start point group 30 and the search end point group 32 are free-end particles of the polymer chain before cross-linking. This makes it possible to effectively search for a route when the free end before cross-linking is cross-linked.

また、本実施形態のように、探索開始点群の全ての粒子と探索終了点群の全ての粒子との間の経路を探索することで、複合材料をより高い精度で解析することができる。なお、探索開始点群の全ての粒子から経路の探索を行うことで、経路を漏れなく探査することができるが、探索開始点群の全ての粒子と探索終了点群の全ての粒子との間の経路を探索すればよく、探索開始点群の一部のポリマー粒子からの探索を行わなくてもよい。例えば、探索開始天軍の他のポリマー粒子からの経路探索で、経路が接続されている場合は、探索を行わなくてもよい。 Further, as in the present embodiment, the composite material can be analyzed with higher accuracy by searching for a path between all the particles in the search start point group and all the particles in the search end point group. By searching the path from all the particles in the search start point group, the path can be searched without omission, but between all the particles in the search start point group and all the particles in the search end point group. It is sufficient to search for the path of, and it is not necessary to search from some polymer particles of the search start point group. For example, in the route search from other polymer particles of the search start heavenly army, if the routes are connected, the search may not be performed.

また、本実施形態のように、探索開始点群30の開始点を以前の開始点に対して離れたポリマー粒子を選定することで、効率よく、経路を探索することができる。また、探索済みの領域と接した場合は、探索を終了することで、重複した探索を低減することができ、効率よく探索を行うことができる。 Further, as in the present embodiment, by selecting the polymer particles in which the start point of the search start point group 30 is separated from the previous start point, the route can be searched efficiently. Further, when the area is in contact with the searched area, the duplicated search can be reduced by ending the search, and the search can be performed efficiently.

次に、材料の解析方法は、ポリマー経路の探索が完了したら、評価を行う。評価としては、伸びきり鎖を検出する伸長解析としてもよいし、除荷解析を行ってもよい。材料の解析方法は、検出したポリマー経路を解析し、フィラー間のポリマー経路と、それ以外のポリマー経路、つまりマトリックス内にあり、2つのフィラーの間にないポリマー経路と、に分類する。 Next, the material analysis method is evaluated after the search for the polymer pathway is completed. The evaluation may be an extension analysis for detecting a stretched chain, or an unloading analysis may be performed. The method of analyzing the material analyzes the detected polymer pathway and classifies the polymer pathway between the fillers and the other polymer pathways, that is, the polymer pathways in the matrix and not between the two fillers.

図7、図8は、本実施形態に係る材料の解析方法の一例を示す説明図である。以下、フィラー間にあるポリマー経路について説明する。図7に示すように、材料の解析方法では、解析用モデル1に含まれる一対の第1フィラーモデル11及び第2フィラーモデル12のうち、第1フィラーモデル11の周囲の領域に第1解析対象領域A11を設定し、第2フィラーモデル12の周囲の領域に第2解析対象領域A12を設定する。第1解析対象領域A11に存在するポリマー粒子21aが探索開始点群30に属するポリマー粒子となり、第2解析対象領域A12に存在するポリマー粒子21aが探索終了点群32に属するポリマー粒子となる。ここで、第1解析対象領域A11が設定される第1フィラーモデル11の周囲の領域とは、複数のフィラー粒子11aによって構成される第1フィラーモデル11からの分子間力及び水素結合などの相互作用の影響をポリマーモデル21が受ける範囲内の近傍の領域である。これは、第2解析対象領域A12についても同様である。そして、第1解析対象領域A11と、第2解析対象領域A12との間に亘って存在し、第1解析対象領域A11内に一部が存在すると共に、第2解析対象領域A12内に一部が存在する複数のポリマーモデル21に含まれる特定のポリマーモデル21の経路R1−R3をフィラー間のポリマー経路とする。経路R2と、経路R3は、2つのフィラー粒子群の間を繋げる経路ではないと判定する。 7 and 8 are explanatory views showing an example of a material analysis method according to the present embodiment. The polymer pathway between the fillers will be described below. As shown in FIG. 7, in the material analysis method, among the pair of the first filler model 11 and the second filler model 12 included in the analysis model 1, the first analysis target is in the region around the first filler model 11. The region A11 is set, and the second analysis target region A12 is set in the region around the second filler model 12. The polymer particles 21a existing in the first analysis target region A11 are polymer particles belonging to the search start point group 30, and the polymer particles 21a existing in the second analysis target region A12 are polymer particles belonging to the search end point group 32. Here, the region around the first filler model 11 in which the first analysis target region A11 is set is mutual such as intermolecular force and hydrogen bond from the first filler model 11 composed of a plurality of filler particles 11a. It is a nearby region within the range affected by the action of the polymer model 21. This also applies to the second analysis target region A12. Then, it exists between the first analysis target area A11 and the second analysis target area A12, a part exists in the first analysis target area A11, and a part exists in the second analysis target area A12. The pathway R1-R3 of the specific polymer model 21 included in the plurality of polymer models 21 in which is present is defined as the polymer pathway between the fillers. It is determined that the path R2 and the path R3 are not the paths connecting the two filler particle groups.

2つのフィラー粒子間で経路を確立したポリマーモデル(ポリマー経路)21は、一端部が第1解析対象領域A11内に存在し、他端部が第2解析対象領域A12内に存在する。ポリマーモデル21は、複数のポリマーモデル21によって架橋結合を介して複雑な三次元ネットワークを形成している。本実施形態では、ポリマーモデル21のうち、第1解析対象領域A11内に配置された一端側の複数のポリマー粒子21a(代表点P1及び代表点P3)を第1ポリマー粒子群として抽出すると共に、第2解析対象領域A12内に配置された他端側の複数のポリマー粒子21a(代表点P2及び代表点P4)を第2ポリマー粒子群として抽出する。なお、抽出するポリマー粒子群の数は限定されない。 In the polymer model (polymer pathway) 21 in which the pathway is established between the two filler particles, one end is present in the first analysis target region A11 and the other end is present in the second analysis target region A12. In the polymer model 21, a complex three-dimensional network is formed by a plurality of polymer models 21 through cross-linking. In the present embodiment, a plurality of polymer particles 21a (representative points P1 and representative points P3) on one end side arranged in the first analysis target region A11 of the polymer model 21 are extracted as the first polymer particle group, and are also extracted. A plurality of polymer particles 21a (representative points P2 and representative points P4) on the other end side arranged in the second analysis target region A12 are extracted as the second polymer particle group. The number of polymer particle groups to be extracted is not limited.

図7に示す例では、第1ポリマー粒子群に属するポリマー粒子21a(代表点P1)と、第2ポリマー粒子群に属するポリマー粒子21a(代表点P2)との間において、第1解析対象領域A11及び第2解析対象領域A12の範囲外のポリマー粒子21aによって形成されるフィラー間経路R1がフィラー間のポリマー経路として抽出される。 In the example shown in FIG. 7, the first analysis target region A11 is between the polymer particles 21a belonging to the first polymer particle group (representative point P1) and the polymer particles 21a belonging to the second polymer particle group (representative point P2). And the inter-filler path R1 formed by the polymer particles 21a outside the range of the second analysis target region A12 is extracted as the inter-filler polymer path.

図8に示す例では、複数のポリマー経路を示している。第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間に亘って第1ポリマーモデル21−1及び第2ポリマーモデル21−2が配置されている。第1ポリマーモデル21−1は、ポリマー粒子21−1a及び結合鎖21−1bによって構成されている。第2ポリマーモデル21−2は、ポリマー粒子21−2a及び結合鎖21−2bによって構成されている。 The example shown in FIG. 8 shows a plurality of polymer pathways. The first polymer model 21-1 and the second polymer model 21-2 are arranged between the first filler model 11 and the second filler model 12. The first polymer model 21-1 is composed of polymer particles 21-1a and a binding chain 21-1b. The second polymer model 21-2 is composed of polymer particles 21-2a and a binding chain 21-2b.

図8に示す例では、図7と同様に第1ポリマーモデル21−1の代表点P1、P2及び点P3、P4と示している。さらに、図8に示す例では、代表点P5と代表点P6との間のフィラー間経路R21がフィラー間のポリマー経路として抽出される。なお、本実施形態では、上記の経路に加え、2つのフィラー粒子間の経路がフィラー間のポリマー経路として抽出される。このようにして抽出したポリマー経路のうち、フィラー間にあるポリマー経路をフィラー間のポリマー経路とし、少なくとも一方がフィラーを基準とする所定の範囲にない場合、マトリックスにあるポリマー経路とする。 In the example shown in FIG. 8, the representative points P1 and P2 and the points P3 and P4 of the first polymer model 21-1 are shown as in FIG. 7. Further, in the example shown in FIG. 8, the inter-filler path R21 between the representative point P5 and the representative point P6 is extracted as the polymer path between the fillers. In this embodiment, in addition to the above pathway, the pathway between the two filler particles is extracted as the polymer pathway between the fillers. Of the polymer pathways extracted in this way, the polymer pathway between the fillers is defined as the polymer pathway between the fillers, and if at least one of them is not within a predetermined range based on the filler, the polymer pathway in the matrix is used.

伸長解析の場合、フィラー間距離が増加したフィラー対(望ましくは、系の20%以上)を解析対象のフィラー対とすることが好ましい。除荷解析(伸長からの戻しの解析)の場合は、伸長解析で設定したフィラー対を解析対象のフィラー対とすることが好ましい。例えば、抽出したポリマー経路の相対位置と距離を検出し、ポリマー経路において、隣接する2つのポリマー粒子との距離に基づいて、単位結合当たりに発生している力を算出し、単位結合当たりに発生している力に基づいて、ポリマー経路に発生している力を算出する。 In the case of elongation analysis, it is preferable to use a filler pair in which the distance between fillers is increased (preferably 20% or more of the system) as the filler pair to be analyzed. In the case of unloading analysis (analysis of return from elongation), it is preferable to use the filler pair set in the elongation analysis as the filler pair to be analyzed. For example, the relative position and distance of the extracted polymer pathway are detected, the force generated per unit bond is calculated based on the distance between two adjacent polymer particles in the polymer pathway, and the force generated per unit bond is calculated. The force generated in the polymer pathway is calculated based on the force being applied.

まず、それぞれのポリマー経路の経路長を算出する。図7、7に示すフィラー間のポリマー経路の場合、代表点P1、代表点P2、点P3及び点P4の間の結合長は、代表点P1、代表点P2、点P3及び点P4間の直線距離を用いずに、代表点P1、代表点P2、点P3及び点P4との間に介在するポリマー粒子21aの粒子数又は結合数を用いて解析してもよく、変温解析によりポリマー粒子21aの熱振動による結合長の長さの変動を低減してから解析してもよい。この場合の変温解析の条件としては、例えば、作成したポリマーモデル21のガラス転移点(Tg)以下の温度が挙げられる。また、最短経路の解析にポリマーモデル21の結合長を用いる際には、ポリマー粒子21aの熱揺らぎの平均値及び結合鎖21bの伸縮時の平衡長を用いてもよい。このように代表点P1、代表点P2、点P3及び点P4間の結合長を解析することにより、ポリマーモデル21の熱揺らぎの影響を排除できるので、代表点P1、代表点P2、点P3及び点P4間の経路を高精度で解析することが可能となる。 First, the pathway length of each polymer pathway is calculated. In the case of the polymer pathway between the fillers shown in FIGS. 7 and 7, the bond length between the representative point P1, the representative point P2, the point P3 and the point P4 is a straight line between the representative point P1, the representative point P2, the point P3 and the point P4. The analysis may be performed using the number of particles or the number of bonds of the polymer particles 21a interposed between the representative points P1, the representative points P2, the points P3 and the points P4 without using the distance, and the polymer particles 21a may be analyzed by temperature change analysis. The analysis may be performed after reducing the fluctuation of the bond length due to the thermal vibration of. The conditions for the temperature change analysis in this case include, for example, a temperature below the glass transition point (Tg) of the prepared polymer model 21. When the bond length of the polymer model 21 is used for the analysis of the shortest path, the average value of the thermal fluctuation of the polymer particles 21a and the equilibrium length at the time of expansion and contraction of the bond chain 21b may be used. By analyzing the bond length between the representative points P1, the representative points P2, the points P3 and the points P4 in this way, the influence of the thermal fluctuation of the polymer model 21 can be eliminated, so that the representative points P1, the representative points P2, the points P3 and It is possible to analyze the path between points P4 with high accuracy.

また、フィラー粒子の近傍領域は、フィラー中心からの距離を指定して、その領域内のポリマー粒子を評価対象としてもよいし、フィラー表面からの距離、つまり、フィラーを構成する粒子群との最短距離を設定しても良い。また、フィラー近傍領域は、フィラーとの相互作用が作用する範囲以下とすることが好ましい。フィラー間距離は中心間距離でもよいし表面間距離でもよい。 Further, the region near the filler particles may be evaluated by specifying the distance from the center of the filler and the polymer particles in the region may be evaluated, or the distance from the surface of the filler, that is, the shortest distance from the particle group constituting the filler. You may set the distance. Further, the region near the filler is preferably set to be equal to or less than the range in which the interaction with the filler acts. The distance between the fillers may be the distance between the centers or the distance between the surfaces.

第1フィラーモデル11とポリマーモデル21との間の相互作用は、フィラー粒子間、ポリマー粒子間及びフィラー粒子とポリマー粒子との間に設定されるものであり、必ずしも全てのフィラー粒子及びポリマー粒子に設定する必要はない。第1フィラーモデル11とポリマーモデル21との間の相互作用としては、例えば、分子間力及び水素結合などの引力及び斥力などの化学的な相互作用、及び共有結合などの物理的な相互作用が挙げられる。また、ポリマーモデル21が複数の種類のポリマー粒子21aで構成されている場合には、複数の種類のポリマー粒子21aにそれぞれ相互作用を設定してもよい。また、複数の種類の各ポリマー粒子21aと第1フィラーモデル11との相互作用は同一であってもよく、異なっていてもよい。 The interaction between the first filler model 11 and the polymer model 21 is set between the filler particles, between the polymer particles, and between the filler particles and the polymer particles, and is not necessarily applied to all the filler particles and the polymer particles. No need to set. The interaction between the first filler model 11 and the polymer model 21 includes, for example, chemical interactions such as intermolecular force and attractive force such as hydrogen bond and repulsive force, and physical interaction such as covalent bond. Can be mentioned. Further, when the polymer model 21 is composed of a plurality of types of polymer particles 21a, the interaction may be set for each of the plurality of types of polymer particles 21a. Further, the interaction between each of the plurality of types of polymer particles 21a and the first filler model 11 may be the same or different.

例えば、評価としては、第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12との間の経路が伸びきり鎖であるか否かを判定し、フィラーモデル間で働く力を評価する。 For example, as an evaluation, it is determined whether or not the path between the first filler model 11 and the second filler model 12 is a stretched chain, and the force acting between the filler models is evaluated.

次に、伸びきり鎖であるか否かの判定方法について説明する。図9は、本実施形態において、第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12との間の経路が伸びきり鎖であるか否かを判定する方法を示す説明図である。図9は、フィラー間のポリマー経路を例として説明するがマトリクスになるポリマー経路も同様に判定することができる。図9には、第1ポリマーモデル21−1と、第2ポリマーモデル21−2と、第3ポリマーモデル21−3とが示されている。なお、図9では、3個のポリマーモデルが示されているが、これは例示であり、本発明を限定するものではない。 Next, a method for determining whether or not the chain is fully extended will be described. FIG. 9 is an explanatory diagram showing a method of determining whether or not the path between the first filler model 11 and the second filler model 12 is a stretched chain in the present embodiment. Although FIG. 9 describes the polymer pathway between fillers as an example, the polymer pathway forming a matrix can be similarly determined. FIG. 9 shows a first polymer model 21-1, a second polymer model 21-2, and a third polymer model 21-3. Although three polymer models are shown in FIG. 9, this is an example and does not limit the present invention.

第1ポリマーモデル21−1から第3ポリマーモデル21−3は、それぞれ、第1ポリマー粒子21a−1と、第2ポリマー粒子21a−2と、第3ポリマー粒子21a−3と、第4ポリマー粒子21a−4と、第5ポリマー粒子21a−5と、第6ポリマー粒子21−6aとから構成されている。この場合、第2ポリマー粒子21a−2が代表点P1、第5ポリマー粒子21a−5が代表点P2、第1ポリマー粒子21a−1が点P3、第6ポリマー粒子21a−6が点P4に対応している。 The first polymer model 21-1 to the third polymer model 21-3 are the first polymer particle 21a-1, the second polymer particle 21a-2, the third polymer particle 21a-3, and the fourth polymer particle, respectively. It is composed of 21a-4, a fifth polymer particle 21a-5, and a sixth polymer particle 21-6a. In this case, the second polymer particles 21a-2 correspond to the representative point P1, the fifth polymer particles 21a-5 correspond to the representative point P2, the first polymer particles 21a-1 correspond to the point P3, and the sixth polymer particles 21a-6 correspond to the point P4. are doing.

第1ポリマー粒子21a−1と、第2ポリマー粒子21a−2とは、第1結合鎖21b−1によって結合されている。第2ポリマー粒子21a−2と、第3ポリマー粒子21a−3とは、第2結合鎖21b−2によって結合されている。第3ポリマー粒子21a−3と、第4ポリマー粒子21a−4とは、第3結合鎖21b−3によって結合されている。第4ポリマー粒子21a−4と、第5ポリマー粒子21a−5とは、第4結合鎖21b−4によって結合されている。第5ポリマー粒子21a−5と、第6ポリマー粒子21a−6とは、第5結合鎖21b−5によって結合されている。 The first polymer particles 21a-1 and the second polymer particles 21a-2 are bound by the first bond chain 21b-1. The second polymer particles 21a-2 and the third polymer particles 21a-3 are bound by a second bond chain 21b-2. The third polymer particles 21a-3 and the fourth polymer particles 21a-4 are bound by a third bond chain 21b-3. The fourth polymer particles 21a-4 and the fifth polymer particles 21a-5 are bound by the fourth bond chain 21b-4. The fifth polymer particles 21a-5 and the sixth polymer particles 21a-6 are bound by the fifth bond chain 21b-5.

本実施形態では、第1ポリマーモデル21−1が伸びきり鎖であるか否かを判定するために、まず、第1ポリマー粒子21a−1と、第6ポリマー粒子21a−6との間の距離L(以後、末端間距離と呼ぶこともある)を算出する。次に、本実施形態は、第1ポリマー粒子21a−1と、第6ポリマー粒子21a−6との間を繋ぐポリマー経路の経路長を算出する。経路長は、例えば、第1結合鎖21b−1と、第2結合鎖21b−2と、第3結合鎖21b−3と、第4結合鎖21b−4と、第5結合鎖21b−5のそれぞれの長さを足し合わせることで算出される。また、ポリマー経路の経路長は、各結合鎖の平均の長さを算出し、算出した平均の長さと、ポリマー経路を構成するポリマー粒子の数とに基づいて算出してもよい。また、本実施形態は、ポリマー経路の経路長を、ポリマー経路を構成するポリマー粒子に基づいて作成したスプライン曲線、ベジェ曲線に基づいて算出してもよい。本実施形態は、算出された末端間距離と、ポリマー経路の経路長とを比較することによって、第1ポリマーモデル21−1が伸びきり鎖であるか否かを判定する。本実施形態は、例えば、末端間距離と、ポリマー経路の経路長とが所定の関係にある場合に第1ポリマーモデル21−1が伸びきり鎖であると判定する。本実施形態は、例えば、末端間距離が、ポリマー経路の経路長の90%以上である場合に、ポリマー経路が伸びきり鎖であると判定するが、これに限定されない。 In the present embodiment, in order to determine whether or not the first polymer model 21-1 is a stretched chain, first, the distance between the first polymer particles 21a-1 and the sixth polymer particles 21a-6 is determined. L (hereinafter, also referred to as the distance between the ends) is calculated. Next, in the present embodiment, the path length of the polymer path connecting the first polymer particles 21a-1 and the sixth polymer particles 21a-6 is calculated. The pathway length is, for example, the first bond chain 21b-1, the second bond chain 21b-2, the third bond chain 21b-3, the fourth bond chain 21b-4, and the fifth bond chain 21b-5. It is calculated by adding the lengths of each. Further, the pathway length of the polymer pathway may be calculated based on the average length of each binding chain calculated and the calculated average length and the number of polymer particles constituting the polymer pathway. Further, in the present embodiment, the path length of the polymer path may be calculated based on a spline curve or a Bezier curve created based on the polymer particles constituting the polymer path. In this embodiment, it is determined whether or not the first polymer model 21-1 is a stretched chain by comparing the calculated distance between the ends with the path length of the polymer pathway. In the present embodiment, for example, when the distance between the ends and the path length of the polymer pathway have a predetermined relationship, the first polymer model 21-1 is determined to be a stretched chain. In this embodiment, for example, when the distance between the ends is 90% or more of the pathway length of the polymer pathway, it is determined that the polymer pathway is a stretched chain, but the present embodiment is not limited to this.

本実施形態は、第2ポリマーモデル21−2と、第3ポリマーモデル21−3とについても、第1ポリマーモデル21−1と同様に、伸びきり鎖であるか否かを判定する。これにより、本実施形態は、解析用モデル1に含まれる伸びきり鎖の数を算出することができる。この結果、本実施形態は、第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12との間に存在する力学応答への寄与が大きい伸びきり鎖を抽出することができる。 In the present embodiment, similarly to the first polymer model 21-1, it is determined whether or not the second polymer model 21-2 and the third polymer model 21-3 have a stretched chain. Thereby, in this embodiment, the number of stretched chains included in the analysis model 1 can be calculated. As a result, in this embodiment, it is possible to extract the stretched chain existing between the first filler model 11 and the second filler model 12 and having a large contribution to the mechanical response.

次に、第1ポリマーモデル21−1の状態を評価する方法について説明する。 Next, a method for evaluating the state of the first polymer model 21-1 will be described.

まず、本実施形態では、第1ポリマーモデル21−1の状態を評価するために、第1ポリマーモデル21−1に発生している力を算出する。第1ポリマーモデル21−1に発生している力は、例えば、「第1ポリマーモデル21−1の長さ×単位長さ当たりの力」で評価することができる。また、第1ポリマーモデル21−1に発生している力を、例えば、「第1ポリマーモデル21−1に存在する結合数×単位結合当たりの力」で評価してもよい。 First, in the present embodiment, in order to evaluate the state of the first polymer model 21-1, the force generated in the first polymer model 21-1 is calculated. The force generated in the first polymer model 21-1 can be evaluated by, for example, "the length of the first polymer model 21-1 x the force per unit length". Further, the force generated in the first polymer model 21-1 may be evaluated by, for example, "the number of bonds existing in the first polymer model 21-1 x the force per unit bond".

単位長さ当たりの力又は単位結合当たりの力は、例えば、第1結合鎖21b−1と、第2結合鎖21b−2と、第3結合鎖21b−3と、第4結合鎖21b−4と、第5結合鎖21b−5とに基づいて算出することができる。具体的には、第1結合鎖21b−1と、第2結合鎖21b−2と、第3結合鎖21b−3と、第4結合鎖21b−4と、第5結合鎖21b−5とは、結合距離である平衡長として、それぞれ、距離L1と、距離L2と、距離L3と、距離L4と、距離L5とを有している。また、第1結合鎖21b−1と、第2結合鎖21b−2と、第3結合鎖21b−3と、第4結合鎖21b−4と、第5結合鎖21b−5とには、ばね定数として、それぞれ、ばね定数k1と、ばね定数k2と、ばね定数k3と、ばね定数k4と、ばね定数k5とが定義されている。そのため、距離L1〜距離L5からのずれ(伸び)と、ばね定数k1〜ばね定数k5とに基づいて、第1結合鎖21b−1〜第5結合鎖21b−5に発生している力を算出することができる。より詳細には、第1結合鎖21b−1〜第5結合鎖21b−5が伸びて、平衡長からのずれが大きくなるほど、発生する力は大きくなる。これにより、本実施形態は、第1ポリマーモデル21−1において、単位長さ当たりの力や、単位結合当たりの力を算出することができる。そして、本実施形態は、上述のとおり、例えば、単位結合当たりの力に第1ポリマーモデル21−1に存在する結合数を乗ずることによって、第1ポリマーモデル21−1に発生している力を算出し、第1ポリマーモデル21−1の状態を評価することができる。また、本実施形態は、単位長さ当たりの力に第1ポリマーモデル21−1の長さを乗ずることによって、第1ポリマーモデル21−1に発生している力を算出してもよい。なお、距離L1〜距離L5は、それぞれ、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、ばね定数k1〜ばね定数k5は、それぞれ、同じであってもよいし、異なっていてもよい。 The force per unit length or the force per unit bond is, for example, the first bond chain 21b-1, the second bond chain 21b-2, the third bond chain 21b-3, and the fourth bond chain 21b-4. And the fifth bond chain 21b-5 can be calculated. Specifically, the first bond chain 21b-1, the second bond chain 21b-2, the third bond chain 21b-3, the fourth bond chain 21b-4, and the fifth bond chain 21b-5 are The equilibrium length, which is the bond length, has a distance L1, a distance L2, a distance L3, a distance L4, and a distance L5, respectively. Further, the first binding chain 21b-1, the second binding chain 21b-2, the third binding chain 21b-3, the fourth binding chain 21b-4, and the fifth binding chain 21b-5 have springs. As the constants, a spring constant k1, a spring constant k2, a spring constant k3, a spring constant k4, and a spring constant k5 are defined, respectively. Therefore, the force generated in the first coupling chain 21b-1 to the fifth coupling chain 21b-5 is calculated based on the deviation (elongation) from the distance L1 to the distance L5 and the spring constant k1 to the spring constant k5. can do. More specifically, as the first binding chain 21b-1 to the fifth binding chain 21b-5 extend and the deviation from the equilibrium length increases, the generated force increases. Thereby, in the first polymer model 21-1, the present embodiment can calculate the force per unit length and the force per unit bond. Then, as described above, in the present embodiment, for example, by multiplying the force per unit bond by the number of bonds existing in the first polymer model 21-1, the force generated in the first polymer model 21-1 is multiplied. It can be calculated and the state of the first polymer model 21-1 can be evaluated. Further, in the present embodiment, the force generated in the first polymer model 21-1 may be calculated by multiplying the force per unit length by the length of the first polymer model 21-1. The distances L1 to L5 may be the same or different. Further, the spring constants k1 to k5 may be the same or different from each other.

第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12の間にN個(Nは2以上の整数)のポリマーモデルが存在する場合には、N個のポリマーモデルのそれぞれに発生している力を算出してもよい。この場合、本実施形態は、N個のポリマーモデルのそれぞれに発生している力の和を算出し、系全体に発生している力を算出してもよい。 When there are N polymer models (N is an integer of 2 or more) between the first filler model 11 and the second filler model 12, the force generated in each of the N polymer models is calculated. You may. In this case, in this embodiment, the sum of the forces generated in each of the N polymer models may be calculated, and the force generated in the entire system may be calculated.

本実施形態は、例えば、第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12の間に存在するポリマーモデルのうち、伸びきり鎖であるポリマーモデルのみを評価対象としてもよい。具体的には、本実施形態は、図7に示す例の場合、第1ポリマーモデル21−1と、第2ポリマーモデル21−2と、第3ポリマーモデル21−3とのうち、伸びきり鎖のみを対象として発生している力を算出してもよい。この場合、本実施形態は、第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12の間で抽出された伸びきり鎖に発生している力を算出し、系全体に存在する伸びきり鎖に発生している力の和を算出することができる。その結果、本実施形態は、フィラー間に発生した伸びきり鎖に起因する系の剛性(応力)増加のメカニズムを明らかにすることができる。また、本実施形態は、フィラーのモルフォロジーや、フィラー径などのナノ構造の因子とポリマーの運動を明らかにし、ひいてはナノ構造の因子と系の力学特性の関係を明らかにすることができる。さらに、本実施形態は、切断されやすい伸びきり鎖の伸びの状態を数値化することができるので、伸びきり鎖の破断の可能性を予測することができる。 In this embodiment, for example, among the polymer models existing between the first filler model 11 and the second filler model 12, only the polymer model having a stretched chain may be evaluated. Specifically, in the case of the example shown in FIG. 7, the present embodiment is a stretched chain of the first polymer model 21-1, the second polymer model 21-2, and the third polymer model 21-3. You may calculate the force generated only for the target. In this case, in this embodiment, the force generated in the stretched chain extracted between the first filler model 11 and the second filler model 12 is calculated, and the force is generated in the stretched chain existing in the entire system. It is possible to calculate the sum of the forces. As a result, the present embodiment can clarify the mechanism of the increase in the rigidity (stress) of the system due to the stretched chain generated between the fillers. In addition, this embodiment can clarify the morphology of the filler, the motion of the polymer with the nanostructure factor such as the filler diameter, and the relationship between the nanostructure factor and the mechanical property of the system. Further, in the present embodiment, since the state of elongation of the stretched chain that is easily cut can be quantified, the possibility of breakage of the stretched chain can be predicted.

また、本実施形態は、第1ポリマーモデル21−1から第3ポリマーモデル21−3が伸びきり鎖であるか否かの判定を、所定の時間間隔ごとに実行してもよい。この場合、本実施形態は、所定の時間間隔ごとに、伸びきり鎖の状態を判定してもよい。これにより、本実施形態は、解析用モデル1の解析結果と、伸びきり鎖の数とを対応付けた時刻歴を算出することができる。また、本実施形態は、解析用モデル1の解析結果と、伸びきり鎖の状態とを対応付けた時刻歴を算出することができる。所定の時間間隔には特に制限はなく、ユーザが所望する間隔に設定すればよい。また、本実施形態は、1つの解析結果の時刻歴を評価してもよいし、異なる解析の時刻歴を評価してもよい。1つの解析結果の時刻歴を評価する場合、例えば、伸張試験における伸張過程での伸びきり鎖の変化を評価することができる。異なる解析の時刻歴を評価する場合、解析に応じて伸びきり鎖に与える影響の違いを評価することができる。 Further, in the present embodiment, it may be determined at predetermined time intervals whether or not the first polymer model 21-1 to the third polymer model 21-3 have a stretched chain. In this case, in this embodiment, the state of the stretched chain may be determined at predetermined time intervals. Thereby, in the present embodiment, it is possible to calculate the time history in which the analysis result of the analysis model 1 and the number of stretched chains are associated with each other. Further, in the present embodiment, it is possible to calculate the time history in which the analysis result of the analysis model 1 and the state of the stretched chain are associated with each other. The predetermined time interval is not particularly limited and may be set to an interval desired by the user. Further, in the present embodiment, the time history of one analysis result may be evaluated, or the time history of different analyzes may be evaluated. When evaluating the time history of one analysis result, for example, it is possible to evaluate the change in the stretched chain during the stretching process in the stretching test. When evaluating the time history of different analyzes, it is possible to evaluate the difference in the effect on the stretch chain according to the analysis.

また、本実施形態は、解析用モデル1に含まれる伸びきり鎖の数の時刻歴を可視化して表示させてもよい。この場合、本実施形態は、例えば、横軸を時間、縦軸を伸びきり鎖の数としたグラフを表示する。横軸は、例えば、負荷試験などのステップ数や、変形解析を行った場合のひずみの大きさであってもよい。また、本実施形態は、解析用モデル1に含まれる伸びきり鎖の状態の時刻歴を可視化して表示させてもよい。この場合、本実施形態は、例えば、横軸を時間、縦軸を伸びきり鎖の伸び量としてグラフを表示する。横軸は、例えば、負荷試験のステップ数や、変形解析を行った場合のひずみの大きさであってもよい。本実施形態は、例えば、判定した時刻ごとに伸びきり鎖の数や、伸びきり鎖の状態を整理した表を表示してもよい。なお、本実施形態において、時刻歴を可視化する方法は、これらに限定されるものではない。 Further, in the present embodiment, the time history of the number of stretched chains included in the analysis model 1 may be visualized and displayed. In this case, the present embodiment displays, for example, a graph in which the horizontal axis is time and the vertical axis is the number of stretched chains. The horizontal axis may be, for example, the number of steps such as a load test or the magnitude of strain when deformation analysis is performed. Further, in the present embodiment, the time history of the state of the stretched chain included in the analysis model 1 may be visualized and displayed. In this case, in this embodiment, for example, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the amount of stretched chain. The horizontal axis may be, for example, the number of steps in the load test or the magnitude of strain when deformation analysis is performed. In this embodiment, for example, a table in which the number of stretched chains and the state of stretched chains are arranged for each determined time may be displayed. In the present embodiment, the method of visualizing the time history is not limited to these.

また、本実施形態は、算出した伸びきり鎖の数の時刻歴に基づいて、第1解析時間に解析された第1解析結果と、第1解析時間とは異なる第2解析時間に解析された第2解析結果との差分を算出してもよい。これにより、本実施形態は、解析した複合材料のヒステリシス、ヒステリシス比、および応力軟化などの材料特性を算出することができる。この際、第1解析時間の伸びきり鎖と、第2解析時間の伸びきり鎖との数を算出してもよい。これにより、本実施形態は、第1解析時間の伸びきり鎖の数と、第2解析時間の伸びきり鎖の数との差分を算出することで、伸びきり鎖の数の変化と、材料特性の変化とを対応付けることができる。本実施形態は、第1解析条件と、第1解析条件とは異なる第2解析条件で実施した変形解析において、同一のひずみであった場合の伸びきり鎖の数の差分を算出し、算出した差分を全時間で積分することが好ましい。また、本実施形態は、第1解析時間の伸びきり鎖の状態と、第2解析時間の伸びきり鎖の状態とを比較してもよい。これにより、本実施形態は、伸びきり鎖の状態の変化と、材料特性の変化とを対応付けることができる。 Further, in this embodiment, based on the calculated time history of the number of stretched chains, the first analysis result analyzed in the first analysis time and the second analysis time different from the first analysis time were analyzed. The difference from the second analysis result may be calculated. Thereby, the present embodiment can calculate the material properties such as the hysteresis, the hysteresis ratio, and the stress softening of the analyzed composite material. At this time, the number of stretched chains in the first analysis time and stretched chains in the second analysis time may be calculated. As a result, in the present embodiment, by calculating the difference between the number of stretched chains in the first analysis time and the number of stretched chains in the second analysis time, the change in the number of stretched chains and the material properties Can be associated with changes in. In this embodiment, the difference in the number of stretched chains when the strains are the same in the deformation analysis performed under the first analysis condition and the second analysis condition different from the first analysis condition is calculated and calculated. It is preferable to integrate the differences over the entire time. Further, in the present embodiment, the state of the stretched chain during the first analysis time may be compared with the state of the stretched chain during the second analysis time. Thereby, in the present embodiment, the change in the state of the stretched chain can be associated with the change in the material properties.

また、本実施形態は、解析用モデル1とは異なるパラメータが設定されたポリマーモデルの比較用解析モデルに含まれる伸びきり鎖の数を算出し、算出された結果と解析用モデル1に含まれる伸びきり鎖の数とを比較してもよい。また、本実施形態は、解析用モデル1に含まれる伸びきり鎖の状態と、比較用解析モデルに含まれる伸びきり鎖の状態を比較してもよい。これにより、本実施形態は、ポリマーモデルの各種のパラメータが解析用モデル1に含まれる伸びきり鎖の数や、伸びきり鎖の状態に与える影響を評価することができる。パラメータとしては、例えば、フィラーの体積分率、フィラー径、フィラー間距離、バウンドラバーの量、バウンドラバーの厚さ、フィラーのモルフォロジー、ポリマーの架橋構造、温度、伸張試験における伸張速度である。 Further, in the present embodiment, the number of stretched chains included in the comparative analysis model of the polymer model in which parameters different from those of the analysis model 1 are set is calculated, and the calculated result and the analysis model 1 are included. It may be compared with the number of stretched chains. Further, in the present embodiment, the state of the stretched chain included in the analysis model 1 may be compared with the state of the stretched chain included in the comparative analysis model. Thereby, in this embodiment, it is possible to evaluate the influence of various parameters of the polymer model on the number of stretched chains included in the analysis model 1 and the state of stretched chains. Parameters include, for example, volume fraction of filler, filler diameter, distance between fillers, amount of bound rubber, thickness of bound rubber, morphology of filler, crosslinked structure of polymer, temperature, and elongation rate in stretching test.

また、評価方法としては、ポリマーモデル21が第1解析対象領域A11内で折り返された構造を有しているか否かを解析することもできる。 Further, as an evaluation method, it is also possible to analyze whether or not the polymer model 21 has a folded structure in the first analysis target region A11.

また、本実施形態では、複合材料の解析用モデル1の第1解析時間におけるポリマー粒子21aの代表点P1と代表点P2との間の第1距離と、第1解析時間とは異なる第2解析時間における代表点P1と代表点P2との間の第2距離との間の経路を解析してもよい。このように解析することにより、一定期間におけるポリマー粒子21aの運動に伴う代表点P1と代表点P2との間の経路の変化を解析することもできる。この場合、本実施形態は、第1距離との間の経路と、第2距離との間の経路が、伸びきり鎖であるか否かを判定してもよい。これにより、本実施形態は、一定期間におけるポリマー粒子21aの運動に伴う経路の変化を、より精度よく解析することができる。具体的には、本実施形態は、解析用モデル1に含まれる全てのフィラー間の経路の変化を判定することによって、解析用モデル1に含まれる伸びきり鎖の数の変化を算出することができる。また、本実施形態は、第1距離との間の経路の状態と、第2距離との間の経路の状態を評価してもよい。これにより、本実施形態は、一定期間におけるポリマー粒子21aの運動に伴う経路の状態の変化を解析することができる。 Further, in the present embodiment, the first distance between the representative points P1 and the representative points P2 of the polymer particles 21a in the first analysis time of the composite material analysis model 1 and the second analysis different from the first analysis time. The path between the representative point P1 and the second distance between the representative points P2 in time may be analyzed. By this analysis, it is possible to analyze the change in the path between the representative point P1 and the representative point P2 due to the movement of the polymer particles 21a in a certain period of time. In this case, the present embodiment may determine whether or not the path between the first distance and the second distance is a stretched chain. Thereby, in this embodiment, the change of the pathway accompanying the movement of the polymer particles 21a in a certain period can be analyzed more accurately. Specifically, in the present embodiment, it is possible to calculate the change in the number of stretched chains included in the analysis model 1 by determining the change in the path between all the fillers included in the analysis model 1. it can. Further, in the present embodiment, the state of the route between the first distance and the state of the route between the second distance may be evaluated. Thereby, the present embodiment can analyze the change in the state of the pathway accompanying the movement of the polymer particles 21a in a certain period of time.

また、本実施形態に係る材料の解析方法においては、ポリマー粒子21aの代表点P1と代表点P2との間の経路に含まれるポリマー粒子21a及び結合鎖21bの少なくとも1つを可視化することが好ましい。これにより、フィラー粒子11aとフィラー粒子12aとの間のポリマー粒子21aのフィラー間経路R1を容易に確認することが可能となる。ポリマー粒子21a及び結合鎖21bの可視化は、例えば、全てのポリマー粒子21a及び結合鎖21bを着色して可視化してもよく、一部のポリマー粒子21a及び結合鎖21bを着色して可視化して他の領域を透明化してもよい。また、ポリマー粒子21a及び結合鎖21bの可視化は、相互に異なる複数の解析時間毎に同一のポリマー粒子21a及び結合鎖21bを指定して可視化してもよく、相互に異なる複数の解析時間毎にポリマー粒子21a及び結合鎖21bを可視化してもよい。また、必ずしもポリマー粒子21a及び結合鎖21bのみを可視化する必要はなく、フィラー粒子11aを可視化してもよく、解析用モデル1の一部の領域を可視化してもよい。また、本実施形態では、伸びきり鎖が検出された場合には、伸びきり鎖と、伸びきり鎖でない結合鎖との区別を容易にするために、伸びきり鎖を着色することが好ましい。これにより、ポリマーモデル21が伸びきり鎖であるか否かを容易に確認することができるようになる。また、本実施形態は、複数の伸びきり鎖が検出された場合には、伸びきり鎖の状態に応じて異なる色を着色させることが好ましい。これにより、本実施形態は、解析用モデル1に含まれる伸びきり鎖の状態を容易に確認することができるようになる。 Further, in the material analysis method according to the present embodiment, it is preferable to visualize at least one of the polymer particles 21a and the binding chain 21b included in the path between the representative points P1 and the representative points P2 of the polymer particles 21a. .. This makes it possible to easily confirm the inter-filler path R1 of the polymer particles 21a between the filler particles 11a and the filler particles 12a. The visualization of the polymer particles 21a and the binding chain 21b may be made, for example, by coloring and visualizing all the polymer particles 21a and the binding chain 21b, or by coloring and visualizing some of the polymer particles 21a and the binding chain 21b. The area of may be made transparent. Further, the visualization of the polymer particles 21a and the binding chain 21b may be visualized by designating the same polymer particles 21a and the binding chain 21b for each of a plurality of different analysis times, and for each of a plurality of different analysis times. The polymer particles 21a and the binding chain 21b may be visualized. Further, it is not always necessary to visualize only the polymer particles 21a and the binding chain 21b, and the filler particles 11a may be visualized, or a part of the region of the analysis model 1 may be visualized. Further, in the present embodiment, when the stretched chain is detected, it is preferable to color the stretched chain in order to facilitate the distinction between the stretched chain and the non-stretched chain. This makes it possible to easily confirm whether or not the polymer model 21 has a stretched chain. Further, in the present embodiment, when a plurality of stretched chains are detected, it is preferable to color different colors depending on the state of the stretched chains. As a result, in this embodiment, the state of the stretched chain included in the analysis model 1 can be easily confirmed.

また、本実施形態では、ポリマーモデル21として複数の第1ポリマーモデル21−1及び第1ポリマーモデル21−1とは異なるパラメータを有する複数の第2ポリマーモデル21−2を作成し、第1ポリマーモデル21−1及び第2ポリマーモデル21−2の代表点の経路を解析して評価してもよい。このように解析することにより、ポリマーモデル21のパラメータの変化に伴う第1ポリマーモデル21−1及び第2ポリマーモデル21−2と第1フィラーモデル11及び第2フィラーモデル12との間の距離の変化を解析することもできる。また、本実施形態では、異なるパラメータを有する複数のポリマーモデルの構造が伸び切り鎖であるか判定してもよい。これにより、ポリマーモデル21のパラメータに応じて伸びきり鎖であるか否かの判定が可能となる。また、パラメータの変化に伴うポリマーモデル21の構造の変化を解析することができるようになる。また、本実施形態では、異なるパラメータを有する複数のポリマーモデルの構造の状態を評価してもよい。これにより、ポリマーモデル21のパラメータに応じてポリマーモデル21の状態の評価が可能となる。また、本実施形態は、ポリマーモデルの構造が伸びきり鎖であると判定された場合にのみ、伸びきり鎖の状態を評価してもよい。これにより、ポリマーモデル21の状態に応じた伸びきり鎖の状態の評価が可能となる。また、マトリックスにあるポリマー経路も同様に評価を行うことができる。 Further, in the present embodiment, as the polymer model 21, a plurality of first polymer models 21-1 and a plurality of second polymer models 21-2 having parameters different from those of the first polymer model 21-1 are created, and the first polymer is prepared. The pathways of representative points of model 21-1 and second polymer model 21-2 may be analyzed and evaluated. By this analysis, the distance between the first polymer model 21-1 and the second polymer model 21-2 and the first filler model 11 and the second filler model 12 due to the change in the parameters of the polymer model 21 Changes can also be analyzed. Further, in the present embodiment, it may be determined whether the structure of a plurality of polymer models having different parameters is a stretched chain. This makes it possible to determine whether or not the chain is fully extended according to the parameters of the polymer model 21. In addition, changes in the structure of the polymer model 21 due to changes in parameters can be analyzed. Also, in this embodiment, the structural state of a plurality of polymer models with different parameters may be evaluated. This makes it possible to evaluate the state of the polymer model 21 according to the parameters of the polymer model 21. Further, in the present embodiment, the state of the stretched chain may be evaluated only when the structure of the polymer model is determined to be the stretched chain. This makes it possible to evaluate the state of the stretched chain according to the state of the polymer model 21. Also, the polymer pathways in the matrix can be evaluated in the same way.

以上説明したように、上記実施形態によれば、探索したフィラー間経路の構造の状態とマトリックス間の構造の状態を評価することができ、かつ探索したフィラー間経路の構造とマトリックス間の構造の状態のそれぞれが伸びきり鎖であるか否かを判定することができるので、高分子のネットワークをより精度良く解析可能となる。これらにより、複合材料の材料特性を高い精度で解析することができるので、複合材料の変形に伴うエネルギーロスなどの材料特性(ヒステリシス)と複合材料のナノ構造のメカニズムとの関係をより一層明らかにすることが可能となる。 As described above, according to the above embodiment, the state of the structure of the searched interfiller path and the state of the structure between the matrices can be evaluated, and the structure of the searched interfiller path and the structure between the matrices can be evaluated. Since it is possible to determine whether or not each of the states is a stretched chain, it becomes possible to analyze the polymer network with higher accuracy. As a result, the material properties of the composite material can be analyzed with high accuracy, and the relationship between the material properties (hysteresis) such as energy loss due to the deformation of the composite material and the mechanism of the nanostructure of the composite material is further clarified. It becomes possible to do.

また、伸びきり鎖を検出する場合、ポリマー経路の結合の配向に基づいて伸びきり鎖を抽出してもよい。つまり、所定の角度範囲内で並んでいる結合を抽出するようにしてもよい。ここで配向角は、120°以上とするこが好ましく、150°以上とすることがより好ましい。これにより、複合材料内で力を発生させる伸びきり鎖を適切に検出することができる。また、上記配向角は、3つ以上の結合の角度を評価することが好ましい。これにより、一定数の結合が所定角度で繋がっていないポリマー経路を伸びきり鎖として抽出することを抑制できる。 Further, when detecting the stretched chain, the stretched chain may be extracted based on the orientation of the bond of the polymer pathway. That is, the bonds that are lined up within a predetermined angle range may be extracted. Here, the orientation angle is preferably 120 ° or more, and more preferably 150 ° or more. This makes it possible to appropriately detect stretched chains that generate a force in the composite material. Moreover, it is preferable to evaluate the angle of three or more bonds as the orientation angle. As a result, it is possible to suppress the extraction of a polymer pathway in which a certain number of bonds are not connected at a predetermined angle as a stretched chain.

本実施形態に係る材料の解析方法において、実行する数値解析としては、例えば、緩和解析、伸張解析、変温解析及び変圧解析などが挙げられる。なお、伸張解析を実行する場合には、少なくとも無変形状態を評価時間に含めることが好ましい。これにより、無変形状態の評価時間における解析結果と伸張解析後の解析結果とを比較することにより、伸張過程で剥がれた粒子数を評価することができる。また、これにより、本実施形態は、伸張過程で切れた伸びきり鎖の数を評価することができる。また、これにより、本実施形態は、伸張過程で変化した伸びきり鎖の状態を評価することができる。 Examples of the numerical analysis to be performed in the material analysis method according to the present embodiment include relaxation analysis, extension analysis, temperature change analysis, and transformation analysis. When performing the extension analysis, it is preferable to include at least the non-deformation state in the evaluation time. As a result, the number of particles peeled off in the stretching process can be evaluated by comparing the analysis result in the evaluation time in the non-deformed state with the analysis result after the stretching analysis. In addition, the present embodiment can evaluate the number of stretched chains broken during the stretching process. In addition, the present embodiment can evaluate the state of the stretched chain changed in the stretching process.

また、本実施形態に係る材料の解析方法は、ポリマー経路の主鎖と架橋結合の両方を探索することで、ポリマー経路を網羅的に検出することができるがこれに限定されない。図10は、本発明の実施形態に係る材料の解析方法の一例を示す説明図である。材料の解析方法は、図10に示すように、主鎖34のポリマー経路のみを抽出し、架橋結合(主鎖同士を連結する結合)を経路として抽出しなくてもよい。これにより、経路の探索を簡単にすることができる。 Further, the material analysis method according to the present embodiment can comprehensively detect the polymer pathway by searching for both the main chain and the crosslinked bond of the polymer pathway, but the method is not limited to this. FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a material analysis method according to the embodiment of the present invention. As a method for analyzing the material, as shown in FIG. 10, it is not necessary to extract only the polymer pathway of the main chain 34 and not to extract the cross-linking bond (bond connecting the main chains) as the pathway. This makes it easy to search for a route.

図11は、本発明の実施形態に係る材料の解析方法の一例を示す説明図である。材料の解析方法は、図11に示すように、探索開始粒子群30のポリマー粒子と、探索終了粒子群32のポリマー粒子と、架橋結合36を挟んだ位置とし、架橋結合36と、架橋結合36と結合した主鎖34の架橋結合36近傍の領域50のポリマー経路を探索するようにしてもよい。これにより、架橋結合を挟んだポリマー経路を探索することができる。また、図10に示すように主鎖のみを探索した場合に探索できなかったポリマー経路を探索することができる。 FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of a material analysis method according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11, the material analysis method is such that the polymer particles of the search start particle group 30 and the polymer particles of the search end particle group 32 are located at positions sandwiching the crosslink 36, and the crosslink 36 and the crosslink 36. You may want to search for the polymer pathway in the region 50 near the cross-linked bond 36 of the main chain 34 bound to. This makes it possible to search for a polymer pathway that sandwiches a crosslinked bond. Further, as shown in FIG. 10, it is possible to search for a polymer pathway that could not be searched when only the main chain was searched.

図12は、本発明の実施形態に係る材料の解析方法の一例を示す説明図である。
材料の解析方法は、図12に示すように、架橋結合を通過したポリマー経路の探索を終了するようにしてもよい。これにより、探索開始粒子群30のポリマー粒子の1つと探索終了粒子群32のポリマー粒子の1つとを結ぶ主鎖34と、その主鎖34に接続している架橋結合36とを探索することができ、領域60、62、64を探索することができる。これにより、探索開始粒子群30のポリマー粒子を切り換えることで、それぞれの主鎖34を重複せずに探索することができ、また、架橋結合36を抽出することで、主鎖34同士を接続するポリマー経路も探索することができる。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a material analysis method according to the embodiment of the present invention.
The method of analyzing the material may end the search for the polymer pathway through the cross-linking, as shown in FIG. As a result, the main chain 34 connecting one of the polymer particles of the search start particle group 30 and one of the polymer particles of the search end particle group 32 and the crosslinked bond 36 connected to the main chain 34 can be searched. It is possible to search the areas 60, 62, 64. As a result, by switching the polymer particles of the search start particle group 30, each main chain 34 can be searched without overlapping, and by extracting the crosslinked bond 36, the main chains 34 are connected to each other. Polymer pathways can also be explored.

次に、本実施形態に係る材料の解析方法及び複合材料の解析用コンピュータプログラムについてより詳細に説明する。図13は、本実施形態に係る材料の解析方法を実行する解析装置の機能ブロック図である。 Next, the material analysis method and the computer program for analyzing the composite material according to the present embodiment will be described in more detail. FIG. 13 is a functional block diagram of an analysis device that executes the material analysis method according to the present embodiment.

図13に示すように、本実施形態に係る材料の解析方法は、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. 13, the material analysis method according to the present embodiment is realized by the analysis device 50, which is a computer including the processing unit 52 and the storage unit 54. The analysis device 50 is electrically connected to an input / output device 51 including an input means 53. The input means 53 processes various physical property values of the polymer and the filler for which the analysis model of the composite material is to be created, the actual measurement result of the elongation test result using the composite material containing the polymer and the filler, and the boundary conditions in the analysis. Input to unit 52 or storage unit 54. As the input means 53, for example, an input device such as a keyboard or a mouse is used.

処理部52は、例えば、中央演算装置(CPU:Central 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解析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: Central Processing Unit) and a memory. The processing unit 52 reads a computer program from the storage unit 54 and expands it in the memory when executing various processes. The computer program expanded in the memory executes various processes. For example, the processing unit 52 expands the data related to various processes stored in advance from the storage unit 54 into an area allocated to itself on the memory as needed, and analyzes the composite material based on the expanded data. Model creation and composite material analysis Various processes related to composite material analysis using the 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 has the number of particles, the number of molecules, and the molecular weight of the composite material such as filler and polymer when creating the model 1 for analysis of the composite material by the molecular dynamics method based on the data stored in the storage unit 54 in advance. , Molecular chain length, number of molecular chains, branching, shape, size, reaction time, reaction conditions, number of molecules included in the model for analysis to be created, target number of molecules, etc. The initial conditions of various calculation parameters such as the coarsening model of 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21a間の相互作用を調整する計算パラメータとしては、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21a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21a間の相互作用のパラメータ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。 As the calculation parameters for adjusting the interaction between the filler particles 11a and the interaction between the polymer particles 21a, σ and ε of the Lennard-Jones potential represented 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 over a long distance. It is preferable to sequentially reduce the parameters of the interaction between the filler particles 11a and the interaction between the polymer particles 21a until the interaction between the filler particles 11a and the interaction between the polymer particles 21a reaches a constant value. By gradually approaching the σ and ε of the Lennard-Jones potential from a large value to the original value, the particles can approach at a gentle speed that does not lead the molecule to an unnatural state. In addition, by gradually reducing the cutoff distance, the attractive force and repulsive force can be adjusted within an appropriate range.

Figure 2020135762
Figure 2020135762

条件設定部52bは、架橋解析、並びに、緩和解析、伸張解析、変温解析及び変圧解析などの各種数値解析などの各種解析条件を設定する。解析部52cは、条件設定部52bによって設定された解析条件に基づいてポリマーモデル21の架橋解析及び解析用モデル1の各種数値解析を実行する。また、解析部52cは、第1フィラーモデル11の周囲に第1解析対象領域A11を設定すると共に、第2フィラーモデル12の周囲に第2解析対象領域A12を設定する。また、解析部52cは、一部が第1解析対象領域A11内及び第2解析対象領域A12内にそれぞれ存在する特定のポリマーモデル21を抽出する。さらに、解析部52cは、特定のポリマーモデル21の第1解析対象領域A11内の第1ポリマー粒子群のポリマー粒子21aに代表点P1などを設定すると共に、第2解析対象領域A12内の第2ポリマー粒子群のポリマー粒子21aに代表点P2などを設定する。そして、解析部52cは、第1ポリマー粒子群のポリマー粒子21aと第2解析対象領域A12内の第2ポリマー粒子群のポリマー粒子21aとの間のフィラー間経路を探索する。 The condition setting unit 52b sets various analysis conditions such as cross-linking analysis and various numerical analyzes such as relaxation analysis, extension analysis, temperature change analysis and transformation analysis. The analysis unit 52c executes the cross-linking analysis of the polymer model 21 and various numerical analyzes of the analysis model 1 based on the analysis conditions set by the condition setting unit 52b. Further, the analysis unit 52c sets the first analysis target region A11 around the first filler model 11 and sets the second analysis target region A12 around the second filler model 12. In addition, the analysis unit 52c extracts a specific polymer model 21 in which a part thereof exists in the first analysis target region A11 and the second analysis target region A12, respectively. Further, the analysis unit 52c sets a representative point P1 or the like for the polymer particles 21a of the first polymer particle group in the first analysis target region A11 of the specific polymer model 21, and also sets a second analysis target region A12 in the second analysis target region A12. A representative point P2 or the like is set for the polymer particles 21a of the polymer particle group. Then, the analysis unit 52c searches for an inter-filler path between the polymer particles 21a of the first polymer particle group and the polymer particles 21a of the second polymer particle group in the second analysis target region A12.

また、解析部52cは、第1解析対象領域A11内のポリマー粒子と、第2解析対象領域A12内のポリマー粒子との間のフィラー間経路の構造が、伸びきり鎖であるか否かを判定する。解析部52cは、例えば、第1ポリマー粒子群のポリマー粒子21aと、第2ポリマー粒子群のポリマー粒子21aとの間のフィラー間経路の構造が、伸びきり鎖であるか否かを判定する。この場合、解析部52cは、第1ポリマー粒子群のポリマー粒子21aと、第2ポリマー粒子群のポリマー粒子21aとの間の末端間距離を算出する。また、解析部52cは、第1ポリマー粒子群のポリマー粒子21aと、第2ポリマー粒子群のポリマー粒子21aとを結ぶ経路の経路長を算出する。解析部52cは、末端間距離と、経路長とを比較し、末端間距離と、経路長とが所定の関係にある場合に、フィラー間経路の構造が伸びきり鎖であると判定する。解析部52cは、例えば、末端間距離が経路長の90%以上である場合に、フィラー間経路の構造が伸びきり鎖であると判定する。 Further, the analysis unit 52c determines whether or not the structure of the inter-filler path between the polymer particles in the first analysis target region A11 and the polymer particles in the second analysis target region A12 is a stretched chain. To do. The analysis unit 52c determines, for example, whether or not the structure of the inter-filler path between the polymer particles 21a of the first polymer particle group and the polymer particles 21a of the second polymer particle group is a stretched chain. In this case, the analysis unit 52c calculates the distance between the ends of the polymer particles 21a of the first polymer particle group and the polymer particles 21a of the second polymer particle group. In addition, the analysis unit 52c calculates the path length of the path connecting the polymer particles 21a of the first polymer particle group and the polymer particles 21a of the second polymer particle group. The analysis unit 52c compares the distance between the ends and the path length, and determines that the structure of the path between the fillers is a stretched chain when the distance between the ends and the path length have a predetermined relationship. The analysis unit 52c determines, for example, that the structure of the interfiller path is a stretched chain when the distance between the ends is 90% or more of the path length.

また、解析部52cは、第1解析対象領域A11内のポリマー粒子と、第2解析対象領域A12内のポリマー粒子との間のフィラー間経路の構造の状態を評価する。具体的には、解析部52cは、フィラー間経路に生じている力を算出する。解析部52cは、例えば、フィラー間経路に存在する隣接するポリマー粒子間の距離に基づいて単位結合当たりに生じている力を算出する。この場合、解析部52cは、フィラー間経路において、ポリマー粒子間の結合数に単位結合当たりに生じしている力を乗ずることによって、フィラー間経路に生じている力を算出する。解析部52cは、フィラー間経路が伸びきり鎖であった場合にのみ、フィラー間経路に生じている力を算出するようにしてもよい。 In addition, the analysis unit 52c evaluates the state of the structure of the inter-filler path between the polymer particles in the first analysis target region A11 and the polymer particles in the second analysis target region A12. Specifically, the analysis unit 52c calculates the force generated in the inter-filler path. The analysis unit 52c calculates, for example, the force generated per unit bond based on the distance between adjacent polymer particles existing in the interfiller path. In this case, the analysis unit 52c calculates the force generated in the inter-filler path by multiplying the number of bonds between the polymer particles by the force generated per unit bond in the inter-filler path. The analysis unit 52c may calculate the force generated in the inter-filler path only when the inter-filler path is a stretched chain.

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 can read and write to a non-volatile memory such as a hard disk device, a magneto-optical disk device, a flash memory and a CD-ROM, which is a recording medium capable of reading only, and a RAM (Random Access Memory). 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形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法、材料の解析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、本実施形態に係る材料の解析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。 The storage unit 54 contains data on fillers such as rubber carbon black, silica, and alumina, which are data for creating an analysis model of the composite material to be analyzed via the input means 53, rubber, resin, and elastomer. Data of polymers such as, stress-strain curve which is a preset physical quantity history, a method of creating a model for analysis of a composite material according to the present embodiment, a computer program for realizing a method of analyzing a material, and the like are stored. This computer program may be capable of realizing the material analysis method according to the present embodiment in combination with a computer program already recorded in the computer or the computer system. The term "computer system" as used herein 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設けられてもよい。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, for example, a display device such as a liquid crystal display device. The storage unit 54 may be provided 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 provided with the input / output device 51.

次に、再び図2を参照して、本実施の形態に係る材料の解析方法についてより詳細に説明する。なお、図1の場合もフィラー粒子を含まない点、フィラー間とマトリクス間の比較を行わない点等を除いて、同様である。 Next, the method of analyzing the material according to the present embodiment will be described in more detail with reference to FIG. 2 again. The same applies to FIG. 1 except that the filler particles are not included and the comparison between the fillers and the matrix is not performed.

図2に示すように、モデル作成部52aが、所定のモデル作成領域A内に未架橋のポリマーモデル21を作成すると共に第1フィラーモデル11を作成する(ステップST11)。未架橋のポリマーモデル21は、図3に示したように、複数のポリマー粒子21aが結合鎖21bによって連結されてなるものである。ここでは、モデル作成部52aは、必要に応じて複数の第1フィラーモデル11及び複数のポリマーモデル21を作成する。次に、モデル作成部52aは、作成した第1フィラーモデル11中に未架橋のポリマーモデル21を配置して複合材料の解析用モデル1を作成する。ここでは、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21a及び結合鎖21bを含むポリマーモデル21及びフィラー粒子11aを含む第1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。 As shown in FIG. 2, the model creation unit 52a creates an uncrosslinked polymer model 21 in a predetermined model creation region A and also creates a first filler model 11 (step ST11). As shown in FIG. 3, the uncrosslinked polymer model 21 is formed by connecting a plurality of polymer particles 21a by a binding chain 21b. Here, the model creation unit 52a creates a plurality of first filler models 11 and a plurality of polymer models 21 as needed. Next, the model creation unit 52a arranges the uncrosslinked polymer model 21 in the created first filler model 11 to create the composite material analysis model 1. Here, the model creation unit 52a performs the equilibrium calculation after setting the initial conditions. In the equilibrium calculation, molecular dynamics calculation is performed at a predetermined temperature, density, and pressure for a predetermined time for various components after initial setting to reach an equilibrium state. Then, the model creation unit 52a includes the polymer particles 21a and the binding chain 21b in the model creation region A for creating the analysis model of the composite material set in the calculation region after the initial condition setting and the equilibrium calculation processing. A first filler model 11 including the polymer model 21 and the filler particles 11a is created. Further, the model creation unit 52a may add a modifying agent such as a hydroxyl group, a carbonyl group, and a functional group of an atomic group, which enhances the affinity with the filler, to the polymer, if necessary.

次に、条件設定部52bが、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架橋解析、数値解析及び運動解析(シミュレーション)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、解析を実行する第1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21a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21b及び結合鎖21bの位置及び数、結合鎖21bの番号、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。 Next, the condition setting unit 52b sets various conditions for executing the cross-linking analysis, the numerical analysis, and the motion analysis (simulation) by the molecular dynamics method using the composite material analysis model 1 created by the model creation unit 52a. Set. The condition setting unit 52b sets various conditions based on the input from the input means 53 and the information stored in the storage unit 54. Various conditions include the position and number of the first filler model 11 for performing the analysis, the filler atom, the filler atom group, the position and number of the filler particles 11a and the filler particle group, the filler particle 11a number, the position and the position of the molecular chain of the polymer, and so on. Number, position and number of polymer atom, polymer atomic group, polymer particle 21a and polymer particle group, polymer particle number, position and number of bond chain 21b and bond chain 21b, number of bond chain 21b, preset physical quantity history. Includes stress-strain curves and fixed values that do not change conditions.

次に、解析部52cは、複合材料の解析用モデル1中の未架橋のポリマーモデル中に架橋解析を実行して架橋点を作成する(ステップST12)。ここでは、モデル作成部52aは、未架橋のポリマーモデル21の中の所定のポリマー粒子21aを特定して架橋点を作成する。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21によって架橋後の大きなポリマーモデル21が作成される。なお、ここでの架橋とは、3つ以上の結合鎖21bが接続してなるポリマー粒子21aを含むポリマーモデル21を形成することをいう。 Next, the analysis unit 52c executes a cross-linking analysis in the uncross-linked polymer model in the composite material analysis model 1 to create a cross-linking point (step ST12). Here, the model creation unit 52a identifies predetermined polymer particles 21a in the uncrosslinked polymer model 21 and creates a crosslink point. As a result, in the composite material analysis model 1, a large polymer model 21 after cross-linking is created by the plurality of polymer models 21. In addition, the cross-linking here means forming a polymer model 21 including polymer particles 21a formed by connecting three or more bonding chains 21b.

次に、解析部52cは、架橋解析後の解析用モデル1に相互作用を設定して各種数値解析を実施する(ステップST13)。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21a間、フィラー粒子11aとポリマー粒子21aとの間の相互作用及びフィラー粒子11aとポリマー粒子21a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。数値解析としては、モデル作成部52aによって作成された第1フィラーモデル11及びポリマーモデル21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解析、伸張解析、変温解析、変圧解析、及びせん断解析などの変形解析などの運動解析による数値解析などが挙げられる。また、解析部51cは、数値解析による運動解析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の各種物理量を取得する。 Next, the analysis unit 52c sets an interaction with the analysis model 1 after the cross-linking analysis and performs various numerical analyzes (step ST13). The interaction here includes, for example, the interaction between the filler particles 11a, the polymer particles 21a, the interaction between the filler particles 11a and the polymer particles 21a, and the state in which the filler particles 11a and the polymer particles 21a are bonded by a binding chain. Interactions can be mentioned, but not all of these need to be set. Numerical analysis includes relaxation analysis, extension analysis, temperature change analysis, and transformation by molecular dynamics using the first filler model 11 created by the model creation unit 52a and model 1 for analysis of composite materials including the polymer model 21. Numerical analysis by motion analysis such as analysis and deformation analysis such as shear analysis can be mentioned. Further, the analysis unit 51c acquires various physical quantities such as the motion displacement obtained as a result of the motion analysis by the numerical analysis and the nominal stress or the nominal strain obtained by calculating the motion displacement.

次に、解析部52cは、評価対象とするポリマー群を選定する(ステップST14)。ここでは、解析部52cは、解析領域内にあるポリマー群から少なくとも一部のポリマー粒子を選定する。解析部52cは、ポリマー群から探索開始点群を設定する(ステップST15)。選定したポリマー群の一部のポリマー粒子を探索開始点群のポリマー粒子に設定する。例えば、自由末端粒子を抽出し、探索開始点群のポリマー粒子とする。また、探索開始点群のポリマー粒子を操作者に入力されたデータに基づいて、決定してもよい。解析部52cは、ポリマー群から探索終了点群を設定する(ステップST16)選定したポリマー群の一部のポリマー粒子を探索終了点群のポリマー粒子に設定する。例えば、自由末端粒子を抽出し、探索終了点群のポリマー粒子とする。また、探索終了点群のポリマー粒子を操作者に入力されたデータに基づいて、決定してもよい。解析部52cは、開始点と終了点のポリマーの経路を抽出し(ステップST17)、抽出した粒子の経路探索完了かを判定する(ステップST18)。解析部は、粒子群の粒子の経路探索が終了条件を満たすまで、探索開始点群のポリマー粒子を順次選定して、ポリマー経路の探索を繰り返す。 Next, the analysis unit 52c selects a polymer group to be evaluated (step ST14). Here, the analysis unit 52c selects at least a part of the polymer particles from the polymer group in the analysis region. The analysis unit 52c sets a search start point group from the polymer group (step ST15). Some polymer particles of the selected polymer group are set as polymer particles of the search start point group. For example, free-end particles are extracted and used as polymer particles in the search start point group. Further, the polymer particles of the search start point group may be determined based on the data input to the operator. The analysis unit 52c sets a search end point group from the polymer group (step ST16). A part of the polymer particles of the selected polymer group is set as the polymer particles of the search end point group. For example, free-end particles are extracted and used as polymer particles in the search end point group. Further, the polymer particles of the search end point group may be determined based on the data input to the operator. The analysis unit 52c extracts the path of the polymer at the start point and the end point (step ST17), and determines whether the path search of the extracted particles is completed (step ST18). The analysis unit sequentially selects polymer particles in the search start point group and repeats the search for the polymer path until the path search for the particles in the particle group satisfies the end condition.

解析部52cは、完了していないと判定した場合、ステップST17に戻り、完了したと判定した場合、経路探索絵結果に基づいて、複合材料を評価する(ステップST19)。例えば、解析部52cは、探索開始点群のポリマー粒子と、探索終了点群のポリマー粒子との間のポリマー経路が、フィラー間にあるか、マトリックス中にあるかを識別する。さらに、解析部52cは、探索開始点群のポリマー粒子と、探索終了点群のポリマー粒子との間の経路との間の末端間距離と、経路長とを算出し、末端間距離と、経路長とに基づいて、探索開始点群のポリマー粒子と、探索終了点群のポリマー粒子との間の経路の構造が、伸び切り鎖であるか否かを判定する。さらに解析部52cは、フィラー間にあるか、マトリックス中の夫々の領域で抽出された伸びきり鎖において、単位結合当たりに発生している力を算出し、抽出された伸びきり鎖において、単位結合当たりに発生している力に基づいて、伸びきり全体に発生している力を算出する。解析部52cは、抽出された経路において、単位結合当たりに発生している力を算出する。解析部52cは、抽出された経路において、単位結合当たりに発生している力に基づいて、抽出された経路全体に発生している力を算出する。これにより、本実施形態は、フィラー間の経路の状態に起因する系の剛性(応力)増加のメカニズム、マトリックス内の経路の状態に起因する系の剛性(応力)増加のメカニズム、また、フィラー間の経路とマトリックス内の経路のそれぞれの関係等を明らかにすることができる。 If it is determined that the analysis unit 52c is not completed, the analysis unit 52c returns to step ST17, and if it is determined that the analysis unit is completed, the analysis unit 52c evaluates the composite material based on the route search picture result (step ST19). For example, the analysis unit 52c identifies whether the polymer pathway between the polymer particles in the search start point group and the polymer particles in the search end point group is between the fillers or in the matrix. Further, the analysis unit 52c calculates the distance between the ends and the path length between the polymer particles of the search start point group and the polymer particles of the search end point group, and calculates the distance between the ends and the path. Based on the length, it is determined whether or not the structure of the path between the polymer particles of the search start point group and the polymer particles of the search end point group is a stretched chain. Further, the analysis unit 52c calculates the force generated per unit bond in the stretched chain extracted between the fillers or in each region in the matrix, and in the extracted stretched chain, the unit bond is generated. Based on the force generated in the hit, the force generated in the entire stretch is calculated. The analysis unit 52c calculates the force generated per unit bond in the extracted path. The analysis unit 52c calculates the force generated in the entire extracted path based on the force generated per unit bond in the extracted path. Thereby, in the present embodiment, the mechanism of increasing the rigidity (stress) of the system due to the state of the path between the fillers, the mechanism of increasing the rigidity (stress) of the system due to the state of the path in the matrix, and the mechanism between the fillers. It is possible to clarify the relationship between the path of the above and the path in the matrix.

図14は、伸びきり鎖数とひずみとの時刻変化を対応付けたグラフである。図15は、伸びきり鎖長とひずみとの時刻変化を対応付けたグラフである。図16は、伸びきり鎖の伸びとひずみとの時刻変化を対応付けたグラフである。解析部52cによる解析を行い、伸びきり鎖とひずみ等の時刻変化を、フィラー間、マトリックス内とで、それぞれ解析することで、図14から図16に示すような、ひずみと伸びきり鎖との関係の変化を解析することができる。 FIG. 14 is a graph in which the number of stretched chains and the time change of strain are associated with each other. FIG. 15 is a graph in which the stretched chain length and the strain are associated with the time change. FIG. 16 is a graph in which the elongation of the stretched chain and the time change of the strain are associated with each other. By performing analysis by the analysis unit 52c and analyzing the time changes such as the stretched chain and the strain between the fillers and in the matrix, the strain and the stretched chain are as shown in FIGS. 14 to 16. Changes in relationships can be analyzed.

1 解析用モデル
11 第1フィラーモデル
12 第2フィラーモデル
11a,12a フィラー粒子
21 ポリマーモデル
21a ポリマー粒子
21b 結合鎖
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 モデル作成領域
A11 第1解析対象領域
A12 第2解析対象領域
1 Analysis model 11 1st filler model 12 2nd filler model 11a, 12a Filler particles 21 Polymer model 21a Polymer particles 21b Bonded chain 50 Analysis device 51 Input / output device 52 Processing unit 52a Model creation unit 52b Condition setting unit 52c Analysis unit 53 Input means 54 Storage unit 55 Display means A Model creation area A11 First analysis target area A12 Second analysis target area

Claims (18)

コンピュータを用いて分子動力学法により作成した材料の解析用モデルを用いた材料の解析方法であって、
複数のポリマー粒子によってポリマーをモデル化した複数のポリマーモデルを含む材料の解析用モデルを作成するステップと、
前記ポリマーモデルを架橋解析により架橋させるステップと、
架橋解析後の前記解析用モデルに相互作用を設定して数値解析を実施するステップと、
探索開始点群に属する粒子と、前記探索開始点群とは異なる探索終了点群に属する粒子と、を抽出するステップと、
前記探索開始点群の1つの粒子を開始粒子として特定し、前記探索終了点群に含まれる複数の粒子を終了粒子として特定し、前記開始粒子と前記終了粒子のそれぞれの粒子との間のポリマー経路を抽出する処理を行い、前記探索開始点群の粒子と前記探索終了点群の粒子の間の全経路のポリマー経路を抽出する抽出ステップと、を含むことを特徴とする、材料の解析方法。
It is a material analysis method using a material analysis model created by the molecular dynamics method using a computer.
Steps to create a model for analysis of a material containing multiple polymer models that model a polymer with multiple polymer particles,
The step of cross-linking the polymer model by cross-linking analysis,
The step of setting the interaction in the analysis model after the cross-linking analysis and performing the numerical analysis,
A step of extracting particles belonging to a search start point group and particles belonging to a search end point group different from the search start point group.
One particle of the search start point group is specified as a start particle, a plurality of particles included in the search end point group are specified as end particles, and a polymer between the start particle and each particle of the end particle is specified. A method for analyzing a material, which comprises an extraction step of performing a process of extracting a path and extracting a polymer path of all paths between the particles of the search start point group and the particles of the search end point group. ..
前記解析用モデルは、複数のポリマー粒子によってポリマーをモデル化した複数のポリマーモデル及びフィラーをモデル化した複数のフィラーモデルを含む複合材料である請求項1に記載の、材料の解析方法。 The method for analyzing a material according to claim 1, wherein the analysis model is a composite material including a plurality of polymer models in which a polymer is modeled by a plurality of polymer particles and a plurality of filler models in which fillers are modeled. 前記抽出ステップで算出したポリマー経路を、経路に含まれる結合数又は粒子数を用いて経路長さを評価する評価ステップを、さらに含む、請求項1または請求項2に記載の材料の解析方法。 The material analysis method according to claim 1 or 2, further comprising an evaluation step of evaluating the path length of the polymer pathway calculated in the extraction step using the number of bonds or the number of particles contained in the pathway. 前記評価ステップは、前記ポリマー経路の一端部から他端部までの末端間距離と、前記ポリマー経路の経路長とを算出し、前記末端間距離と、前記経路長さとに基づいて、前記ポリマー経路が伸びきり鎖であるか否かを判定する、請求項3に記載の材料の解析方法。 In the evaluation step, the distance between the ends of the polymer pathway from one end to the other end and the path length of the polymer pathway are calculated, and the polymer pathway is based on the distance between the ends and the pathway length. The method for analyzing a material according to claim 3, wherein it is determined whether or not is a stretched chain. 前記評価ステップは、変温解析により低温状態で経路探索を実施する、請求項3または請求項4に記載の材料の解析方法。 The material analysis method according to claim 3 or 4, wherein the evaluation step is to carry out a route search in a low temperature state by temperature change analysis. 前記評価ステップは、少なくとも2つの時刻の結果を評価する、請求項3から請求項5のいずれか一項に記載の材料の解析方法。 The method for analyzing a material according to any one of claims 3 to 5, wherein the evaluation step evaluates the results at at least two times. 時刻歴を可視化して表示する、請求項6に記載の材料の解析方法。 The material analysis method according to claim 6, wherein the time history is visualized and displayed. 時刻歴のうち、第1解析時間の解析結果と、前記第1解析時間とは異なる第2解析時間の解析結果との差分を算出する、請求項6または請求項7に記載の材料の解析方法。 The material analysis method according to claim 6 or 7, wherein the difference between the analysis result of the first analysis time and the analysis result of the second analysis time different from the first analysis time in the time history is calculated. .. 前記ポリマー経路において、隣接する2つのポリマー粒子との距離に基づいて、単位結合当たりに発生している力を算出するステップと、
前記単位結合当たりに発生している力に基づいて、前記ポリマー経路に発生している力を算出するステップと、を有する、請求項6から請求項8のいずれか一項に記載の材料の解析方法。
A step of calculating the force generated per unit bond in the polymer pathway based on the distance between two adjacent polymer particles.
Analysis of the material according to any one of claims 6 to 8, comprising a step of calculating the force generated in the polymer pathway based on the force generated per unit bond. Method.
前記抽出ステップは、幅優先探索でポリマー経路を探索する、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の材料の解析方法。 The method for analyzing a material according to any one of claims 1 to 9, wherein the extraction step searches for a polymer pathway by breadth-first search. 前記探索開始点群の粒子は、自由末端粒子であり、
前記探索終了点群の粒子は、自由末端粒子である、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の材料の解析方法。
The particles of the search start point group are free-end particles, and are
The method for analyzing a material according to any one of claims 1 to 10, wherein the particles in the search end point group are free-ended particles.
前記探索開始点群の粒子は、架橋前に時点でポリマー鎖の自由末端粒子であった粒子であり、
前記探索終了点群の粒子は、架橋前に時点でポリマー鎖の自由末端粒子であった粒子である、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の材料の解析方法。
The particles in the search start point group are particles that were free-end particles of the polymer chain at the time before cross-linking.
The material analysis method according to any one of claims 1 to 11, wherein the particles in the search end point group are particles that were free-end particles of the polymer chain at the time before crosslinking.
前記抽出ステップは、探索済みのポリマー経路と合流した経路は、探索を終了する、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の材料の解析方法。 The method for analyzing a material according to any one of claims 1 to 11, wherein the extraction step ends the search for a route that merges with the searched polymer route. 前記抽出ステップは、主鎖のポリマー経路を探索する、請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の材料の解析方法。 The method for analyzing a material according to any one of claims 1 to 12, wherein the extraction step searches for a polymer pathway in the main chain. 前記抽出ステップは、架橋結合を挟んだポリマー経路を探索する、請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の材料の解析方法。 The method for analyzing a material according to any one of claims 1 to 12, wherein the extraction step searches for a polymer pathway that sandwiches a crosslinked bond. 前記抽出ステップは、架橋結合を通過したポリマー経路の探索を終了する、請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の材料の解析方法。 The method for analyzing a material according to any one of claims 1 to 12, wherein the extraction step ends the search for a polymer pathway that has passed through a crosslinked bond. 前記解析用モデルの解析結果と、前記解析用モデルとは異なる比較解析用モデルとの解析結果とを比較する、請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の材料の解析方法。 The method for analyzing a material according to any one of claims 1 to 16, wherein the analysis result of the analysis model is compared with the analysis result of a comparative analysis model different from the analysis model. 請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の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、材料の解析用コンピュータプログラム。 A computer program for analyzing materials, which comprises causing a computer to execute the method for analyzing a material according to any one of claims 1 to 16.
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