JP2021092903A - Method, system and program for determining parameters of coarse-grained polymer model - Google Patents

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Abstract

To provide a method, a system, and a program for determining parameters of a coarse-grained polymer model without using whole-particle simulation.SOLUTION: The method includes the steps of: obtaining a first coarse-grained polymer model M1 having a plurality of linearly bonded first coarse-grained particles 20 and a second coarse-grained polymer model M2 having a plurality of linearly bonded second coarse-grained particles 30 (ST1); setting bond angle bending constants Kangle of the first coarse-grained particles 20 and the second coarse-grained particles 30 and a constant ε regarding intensity of potential (ST2, ST6); performing molecular dynamics calculations to calculate a p ratio of each of the models and a physical quantity representing viscoelasticity of each of the models (ST3, ST4, ST7, ST8); and repeatedly setting the constant ε and the coupling angle bending constant Kangle and calculating the property ratios and physical quantities, until the property ratios and physical quantities meet allowable conditions based on respective experimental values.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、粗視化ポリマーモデルのパラメータを決定する方法、システム及びプログラムに関する。 The present disclosure relates to methods, systems and programs for determining parameters of coarse-grained polymer models.

SBR(スチレン・ブタジエンゴム)は、スチレン及びブタジエンの二種類のモノマーを有する。SBR等の高分子モデルを全ての粒子で表現する全粒子モデルを用いたシミュレーションは、化学式構造がそのまま再現されるため精度が良いが、その反面、粒子数が膨大であるために非常に多くの計算コストがかかるという問題がある。 SBR (Styrene-butadiene rubber) has two types of monomers, styrene and butadiene. Simulation using an all-particle model that expresses a polymer model such as SBR with all particles is accurate because the chemical formula structure is reproduced as it is, but on the other hand, it is very large because the number of particles is huge. There is a problem that the calculation cost is high.

計算コストを低減するために、高分子モデルを構成する構造単位(例えばモノマー)を一つのビーズで置換した粗視化モデルが知られている。粗視化モデルを用いるために、化学式構造の特徴をポテンシャルで表現する必要がある。SBRを粗視化モデルで表現する場合には、スチレンを示す第1粗視化粒子と、ブタジエンを示す第2粗視化粒子とを有する粗視化ポリマーモデルを生成する。第1粗視化粒子と第2粗視化粒子にはそれぞれ異なるパラメータを設定する必要がある。各々の粗視化粒子のパラメータは、全粒子モデルを用いたシミュレーションにより算出されるパラメータに合致するように、決定することが考えられる。しかしながら、この方法では、全粒子モデルを用いたシミュレーションが必要であり、膨大な計算コストが問題となる。なお、非特許文献1において、一部のパラメータの決定方法が提案されているようである。パラメータの決定方法には関連がないが、特許文献1には、分子シミュレーションによる物理量の算出方法が開示されている。 In order to reduce the calculation cost, a coarse-grained model in which the structural units (for example, monomers) constituting the polymer model are replaced with one bead is known. In order to use the coarse-grained model, it is necessary to express the characteristics of the chemical formula structure with potential. When the SBR is represented by a coarse-grained model, a coarse-grained polymer model having a first coarse-grained particle showing styrene and a second coarse-grained particle showing butadiene is generated. It is necessary to set different parameters for the first coarse-grained particles and the second coarse-grained particles. It is conceivable that the parameters of each coarse-grained particle are determined so as to match the parameters calculated by the simulation using the whole particle model. However, this method requires simulation using a whole particle model, and enormous calculation cost becomes a problem. It seems that Non-Patent Document 1 proposes a method for determining some parameters. Although not related to the parameter determination method, Patent Document 1 discloses a method for calculating a physical quantity by molecular simulation.

粗視化MDの強みを活かした高分子シミュレーション−適用の可能性と現実系との対応のために−,森田裕史、小沢拓,分子シミュレーション研究会会誌“アンサンブル”, Vol.17, No.3, July 2015 (通巻71号) P.155-161Polymer simulation utilizing the strengths of coarse-grained MD-for application possibilities and correspondence with real systems-, Hiroshi Morita, Taku Ozawa, Journal of Molecular Simulation Study Group "Ensemble", Vol.17, No.3 , July 2015 (Volume 71) P.155-161

本開示は、全粒子シミュレーションを用いずに、粗視化ポリマーモデルのパラメータを決定する方法、システム及びプログラムを提供する。 The present disclosure provides methods, systems and programs for determining the parameters of a coarse-grained polymer model without the use of whole grain simulation.

本開示の粗視化ポリマーモデルのパラメータを決定する方法は、1又は複数のプロセッサが実行する方法であって、(a1)直鎖状に結合された複数の第1粗視化粒子を有する第1粗視化ポリマーモデルと、直鎖状に結合された複数の第2粗視化粒子を有する第2粗視化ポリマーモデルとを取得することと、(b1)前記第1粗視化粒子及び前記第2粗視化粒子の結合角曲げ定数Kangleと、ポテンシャルの強度に関する定数εと、を設定することと、(c1)分子動力学計算を実行して、各々のモデルの特性比と、各々のモデルの粘弾性を表す物理量とを算出することと、(d1)前記特性比と前記物理量が、それぞれの実験値に基づく許容条件に合致するまで、前記(b1)における前記定数ε及び結合角曲げ定数Kangleの設定と、前記(c1)における前記特性比及び前記物理量の算出と、を繰り返し実行することと、を含む。 The method of determining the parameters of the coarse-grained polymer model of the present disclosure is a method performed by one or more processors, (a1) a first coarse-grained particle having a plurality of linearly bonded first coarse-grained particles. Obtaining a 1 coarse-grained polymer model and a 2nd coarse-grained polymer model having a plurality of linearly bonded second coarse-grained particles, and (b1) the first coarse-grained particles and Setting the bond angle bending constant K angle of the second coarse-grained particle and the constant ε related to the intensity of the potential, and (c1) performing the molecular dynamics calculation, the characteristic ratio of each model and the characteristic ratio of each model are determined. Calculation of the physical quantity representing the viscoelasticity of each model, and (d1) the constant ε and the coupling in the above (b1) until the characteristic ratio and the physical quantity meet the permissible conditions based on the respective experimental values. It includes repeatedly executing the setting of the angle bending constant K angle and the calculation of the characteristic ratio and the physical quantity in the above (c1).

本開示の粗視化ポリマーモデルのパラメータを決定するシステムを示すブロック図Block diagram showing a system for determining the parameters of the coarse-grained polymer model of the present disclosure. システムが実行する処理を示すフローチャートFlowchart showing the processing performed by the system 第1粗視化粒子を有する第1粗視化ポリマーモデルと、第2粗視化粒子を有する第2粗視化ポリマーモデルとを示す図The figure which shows the 1st coarse-grained polymer model which has a 1st coarse-grained particle, and 2nd coarse-grained polymer model which has a 2nd coarse-grained particle. ポリスチレン及びポリブタジエンの貯蔵弾性率の実験値を示す図The figure which shows the experimental value of the storage elastic modulus of polystyrene and polybutadiene シミュレーションに基づく第1粗視化ポリマーモデル(ポリスチレン)及び第2粗視化ポリマーモデル(ポリブタジエン)の貯蔵弾性率G’(ω)を示す図The figure which shows the storage elastic modulus G'(ω) of the 1st coarse-grained polymer model (polystyrene) and the 2nd coarse-grained polymer model (polybutadiene) based on a simulation. 第1SBRモデルと、第2SBRモデルを示す図The figure which shows the 1st SBR model and the 2nd SBR model 図6に示すモデルを用いたスチレンの分散性によるtanδの形状変化を示すシミュレーション結果を示す図The figure which shows the simulation result which shows the shape change of tan δ by the dispersibility of styrene using the model shown in FIG.

以下、本開示の一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings.

[粗視化ポリマーモデルのパラメータを決定するシステム]
本実施形態のシステム1は、SBR等の粗視化ポリマーモデルを構成する二種類のポリマーである粗視化ポリマーモデルのパラメータを決定する。
[System for determining parameters of coarse-grained polymer model]
The system 1 of the present embodiment determines the parameters of the coarse-grained polymer model, which is two types of polymers constituting the coarse-grained polymer model such as SBR.

図1に示すように、システム1は、モデル取得部10と、第1設定部11と、分子動力学計算実行部12と、特性比算出部13と、第1判定部14と、第2設定部15と、物理量算出部16と、第2判定部17と、を有する。これら各部10〜17は、プロセッサ1a、メモリ1b、各種インターフェイス等を備えたコンピュータにおいて予め記憶されている図2に示す処理ルーチンをプロセッサ1aが実行することによりソフトウェア及びハードウェアが協働して実現される。本実施形態では、1つの装置におけるプロセッサ1aが各部を実現しているが、これに限定されない。例えば、ネットワークを用いて分散させ、複数のプロセッサが各部の処理を実行するように構成してもよい。すなわち、1又は複数のプロセッサが処理を実行する。 As shown in FIG. 1, the system 1 includes a model acquisition unit 10, a first setting unit 11, a molecular dynamics calculation execution unit 12, a characteristic ratio calculation unit 13, a first determination unit 14, and a second setting. It has a unit 15, a physical quantity calculation unit 16, and a second determination unit 17. Each of these parts 10 to 17 is realized in collaboration with software and hardware by the processor 1a executing the processing routine shown in FIG. 2 stored in advance in a computer provided with the processor 1a, the memory 1b, various interfaces, and the like. Will be done. In the present embodiment, the processor 1a in one device realizes each part, but the present invention is not limited to this. For example, it may be distributed using a network, and a plurality of processors may be configured to execute the processing of each part. That is, one or more processors execute the process.

図1に示すモデル取得部10は、第1粗視化ポリマーモデルM1と、第2粗視化ポリマーモデルM2とを取得する。図3に示すように、第1粗視化ポリマーモデルM1は、直鎖状に結合された複数の第1粗視化粒子20を有するポリマー2を有する。第2粗視化ポリマーモデルM2は、直鎖状に結合された複数の第2粗視化粒子30を有するポリマー3を有する。本実施形態では、第1粗視化ポリマーモデルM1は、ポリスチレンであり、第1粗視化粒子20は、スチレンを表す。第2粗視化ポリマーモデルM2は、ポリブタジエンであり、第2粗視化粒子30は、ブタジエンを表す。モデル取得部10は、第1粗視化ポリマーモデルM1及び第2粗視化ポリマーモデルM2を外部から取得してもよいし、第1粗視化ポリマーモデルM1及び第2粗視化ポリマーモデルM2を生成してもよい。 The model acquisition unit 10 shown in FIG. 1 acquires the first coarse-grained polymer model M1 and the second coarse-grained polymer model M2. As shown in FIG. 3, the first coarse-grained polymer model M1 has a polymer 2 having a plurality of linearly bonded first coarse-grained particles 20. The second coarse-grained polymer model M2 has a polymer 3 having a plurality of linearly bonded second coarse-grained particles 30. In this embodiment, the first coarse-grained polymer model M1 is polystyrene and the first coarse-grained particles 20 represent styrene. The second coarse-grained polymer model M2 is polybutadiene and the second coarse-grained particles 30 represent butadiene. The model acquisition unit 10 may acquire the first coarse-grained polymer model M1 and the second coarse-grained polymer model M2 from the outside, or the first coarse-grained polymer model M1 and the second coarse-grained polymer model M2. May be generated.

図1に示す第1設定部11は、第1粗視化粒子20及び第2粗視化粒子30の結合角曲げ定数Kangleを設定する。結合角曲げ定数Kangleは、図3に示すように、粗視化粒子20,30同士を結合する結合ポテンシャルを決定するためのパラメータの一つであり、結合角θに応じて3つの粒子間(2つのボンド間)に作用する力の定数である。Kangleが0であれば、角度に応じた力が3粒子間に作用せずに直鎖が自由に折れ曲がり、直鎖が動きやすくなり柔らかくなる。一方、Kangleが大きくなれば、結合角θが180度になりたがり、直鎖が硬くなる。結合ポテンシャルの一つである角度ポテンシャルUangleは、次の式(1)で表される。
angle=Kangle(1+cosθ) …(1)
The first setting unit 11 shown in FIG. 1 sets the bond angle bending constant K angle of the first coarse-grained particles 20 and the second coarse-grained particles 30. As shown in FIG. 3, the bond angle bending constant K angle is one of the parameters for determining the bond potential for bonding the coarse-grained particles 20 and 30 to each other, and is between the three particles according to the bond angle θ. It is a constant of the force acting on (between two bonds). When the K angle is 0, the straight line bends freely without the force corresponding to the angle acting between the three particles, and the straight line becomes easy to move and becomes soft. On the other hand, when the K angle becomes large, the bond angle θ tends to be 180 degrees, and the straight line becomes hard. The angle potential U angle, which is one of the coupling potentials, is expressed by the following equation (1).
U angle = K angle (1 + cosθ)… (1)

図1に示す第2設定部15は、ポテンシャルの強度に関する定数εを各々のモデルM1,M2に設定する。第1設定部11及び第2設定部15によって設定されたパラメータに基づいて、各々の第1粗視化ポリマーモデルM1,第2粗視化ポリマーモデルM2に結合ポテンシャル及び非結合ポテンシャルが設定される。 The second setting unit 15 shown in FIG. 1 sets a constant ε regarding the intensity of the potential in each of the models M1 and M2. Bonding potential and non-binding potential are set in the first coarse-grained polymer model M1 and the second coarse-grained polymer model M2, respectively, based on the parameters set by the first setting unit 11 and the second setting unit 15. ..

なお、各々のモデルM1,M2には、ポテンシャルが作用する距離に関する定数σ(パラメータ)などが設定されている。粗視化粒子間の結合ポテンシャルとしては、例えばFENE-LJが採用可能であり、非結合ポテンシャルとしては、例えばLJ(レナードジョーンズ)やWCA(斥力のみのLJポテンシャル)が採用可能である。勿論、これらのポテンシャルは一例であって、その他の設定が可能である。 In each of the models M1 and M2, a constant σ (parameter) related to the distance on which the potential acts is set. For example, FENE-LJ can be adopted as the bonding potential between coarse-grained particles, and for example, LJ (Lennard-Jones) or WCA (LJ potential with only repulsive force) can be adopted as the non-binding potential. Of course, these potentials are examples, and other settings are possible.

図1に示す分子動力学計算実行部12は、所定圧力及び所定温度を含む解析条件にて分子動力学計算を実行する。本実施形態では、分子動力学計算実行部12として、LAMMPS(Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator)を使用しているが、これに限定されない。分子動力学計算実行部12が、平衡化処理が実行可能である。平衡化処理は、所定圧力及び所定温度において第1粗視化ポリマーモデルM1及び第2粗視化ポリマーモデルM2それぞれのエネルギーが最小化するまで第1粗視化ポリマーモデルM1及び第2粗視化ポリマーモデルM2それぞれの分子動力学計算を繰り返し実行する処理である。最小化するとは、第1粗視化ポリマーモデルM1及び第2粗視化ポリマーモデルM2それぞれのエネルギーがほぼ一定になる(エネルギー変動が閾値以下となる)まで各粒子20、30の挙動を計算する。第1粗視化ポリマーモデルM1及び第2粗視化ポリマーモデルM2を計算領域Ar1に配置した直後は、分子動力学計算において安定状態であるとは必ずしもいえないためである。 The molecular dynamics calculation execution unit 12 shown in FIG. 1 executes the molecular dynamics calculation under analysis conditions including a predetermined pressure and a predetermined temperature. In this embodiment, LAMMPS (Large-scale Atomic / Molecular Massively Parallel Simulator) is used as the molecular dynamics calculation execution unit 12, but the present embodiment is not limited to this. The molecular dynamics calculation execution unit 12 can execute the equilibration process. The equilibrium treatment involves the first coarse-grained polymer model M1 and the second coarse-grained polymer model M1 and the second coarse-grained polymer model M2 until the energies of the first coarse-grained polymer model M1 and the second coarse-grained polymer model M2 are minimized at a predetermined pressure and temperature. It is a process of repeatedly executing the molecular dynamics calculation of each polymer model M2. To minimize means to calculate the behavior of the particles 20 and 30 until the energies of the first coarse-grained polymer model M1 and the second coarse-grained polymer model M2 become almost constant (energy fluctuation becomes equal to or less than the threshold value). .. This is because it cannot always be said that the first coarse-grained polymer model M1 and the second coarse-grained polymer model M2 are in a stable state in the molecular dynamics calculation immediately after being arranged in the calculation region Ar1.

図1に示す特性比算出部13は、分子動力学計算実行部12による平衡化処理の計算結果に基づいて、各々のモデルM1,M2の特性比Cを算出する。平衡化処理の計算結果には、各々の粒子の位置が含まれている。特性比Cは、分子鎖自身の剛直性を表す尺度である。特性比算出部13は、図3に示すように、各々のモデルM1,M2を構成する各々の直鎖の末端間距離Reeを算出する。特性比算出部13は、次の式(2)を用いて特性比Cを算出する。
=<R ee>/Nb …(2)
Nは一本の高分子鎖に含まれるボンドの数を示し、bが1つのボンドの長さを示す。<>は平均値を意味する。3つの粒子が直鎖状に接続されていれば、ボンド数は2である。
The characteristic ratio calculation unit 13 shown in FIG. 1 calculates the characteristic ratio C ∞ of each of the models M1 and M2 based on the calculation result of the equilibrium processing by the molecular dynamics calculation execution unit 12. The calculation result of the equilibration process includes the position of each particle. The characteristic ratio C is a measure of the rigidity of the molecular chain itself. Characteristic ratio calculator 13, as shown in FIG. 3, to calculate the end-to-end distance R ee of each linear constituting each model M1, M2. The characteristic ratio calculation unit 13 calculates the characteristic ratio C using the following equation (2).
C = <R 2 ee > / Nb 2 ... (2)
N indicates the number of bonds contained in one polymer chain, and b indicates the length of one bond. <> Means the average value. If the three particles are linearly connected, the number of bonds is two.

図1に示す第1判定部14は、特性比算出部13が算出した各々のモデルM1,M2の特性比Cが、実験値に基づく第1許容条件に合致するか否かを判定する。第1許容条件は、予め設定される。本実施形態では、第1粗視化ポリマーモデルM1がポリスチレンであるので、特性比の実験値は10.5である。第2粗視化ポリマーモデルM2がポリブタジエンであり、特性比の実験値が4.9であった。第1許容条件は、特性比算出部13の算出結果が実験値に一致すること、又は、実験値に対してある程度の範囲内の近い値になることを条件として設定されている。第1許容条件は、粗視化する対象に応じて適宜設定可能である。 The first determination unit 14 shown in FIG. 1 determines whether or not the characteristic ratio C ∞ of each of the models M1 and M2 calculated by the characteristic ratio calculation unit 13 satisfies the first permissible condition based on the experimental value. The first permissible condition is set in advance. In this embodiment, since the first coarse-grained polymer model M1 is polystyrene, the experimental value of the characteristic ratio is 10.5. The second coarse-grained polymer model M2 was polybutadiene, and the experimental value of the characteristic ratio was 4.9. The first permissible condition is set on the condition that the calculation result of the characteristic ratio calculation unit 13 matches the experimental value or the value is close to the experimental value within a certain range. The first permissible condition can be appropriately set according to the object to be coarse-grained.

第1判定部14が第1許容条件に合致すると判断するまで、第1設定部11による結合角曲げ定数Kangleの設定(調整)、分子動力学計算実行部12による平衡化処理、特性比算出部13による特性比Cの算出が繰り返し実行される。なお、シミュレーションの結果(特性比算出部13の算出結果)では、Kangleが0であれば特性比Cは1.78となり、Kangleが3.0であれば特性比Cは5.03となり、Kangleが5.1であれば特性比Cは10.17となる。したがって、Kangleと特性比Cの間には相関関係が確認できるので、実験値に近づくように、Kangleが再設定される。 Setting (adjustment) of the bond angle bending constant K angle by the first setting unit 11, equilibration processing by the molecular dynamics calculation execution unit 12, and characteristic ratio calculation until the first determination unit 14 determines that the first allowable condition is satisfied. The calculation of the characteristic ratio C by the unit 13 is repeatedly executed. In the simulation result (calculation result of the characteristic ratio calculation unit 13), the characteristic ratio C ∞ is 1.78 when the K angle is 0, and the characteristic ratio C is 5. when the K angle is 3.0. If the K angle is 5.1, the characteristic ratio C is 10.17. Therefore, since a correlation can be confirmed between the K angle and the characteristic ratio C , the K angle is reset so as to approach the experimental value.

図1に示す物理量算出部16は、分子動力学計算実行部12による平衡化処理の計算結果に基づいて、各々のモデルM1,M2の粘弾性を表す物理量を算出する。物理量としては、貯蔵弾性率G’(ω)、損失弾性率G’’(ω)、tanδが挙げられる。本実施形態では、物理量として貯蔵弾性率G’(ω)を算出しているが、これに限定されず、適宜変更可能である。 The physical quantity calculation unit 16 shown in FIG. 1 calculates a physical quantity representing the viscoelasticity of each of the models M1 and M2 based on the calculation result of the equilibrium processing by the molecular dynamics calculation execution unit 12. Examples of the physical quantity include a storage elastic modulus G ″ (ω), a loss elastic modulus G ″ (ω), and tan δ. In the present embodiment, the storage elastic modulus G'(ω) is calculated as a physical quantity, but the present invention is not limited to this and can be changed as appropriate.

平衡化処理の計算結果には、各々の粒子の位置、各々の解析時点(タイムステップ)における応力データが含まれている。物理量算出部16は、応力データに基づき各々の解析時点の緩和弾性率G(t)を算出し、緩和弾性率G(t)に基づき緩和スペクトルH(τ)を算出し、緩和スペクトルH(τ)に基づき貯蔵弾性率G’(ω)、損失弾性率G’’(ω)及び損失正接tanδのうち少なくとも1つの物理量を算出する。 The calculation result of the equilibration process includes the position of each particle and the stress data at each analysis time point (time step). The physical quantity calculation unit 16 calculates the relaxation elastic modulus G (t) at the time of each analysis based on the stress data, calculates the relaxation spectrum H (τ) based on the relaxation elastic modulus G (t), and calculates the relaxation spectrum H (τ). ), The physical quantity of at least one of the storage elastic modulus G'(ω), the loss elastic modulus G'' (ω), and the loss tangent tan δ is calculated.

図1に示す第2判定部17は、物理量算出部16が算出した各々のモデルM1,M2の物理量が、実験値に基づき第2許容条件に合致するか否かを判定する。第2許容条件は、予め設定される。本実施形態では、第1粗視化ポリマーモデルM1(ポリスチレン)の貯蔵弾性率G’と、第2粗視化ポリマーモデルM2(ポリブタジエン)の貯蔵弾性率G’とがグラフ上で交差することとしている。図4は、ポリスチレン及びポリブタジエンの貯蔵弾性率の実験値を示す。図5は、シミュレーションに基づく第1粗視化ポリマーモデルM1(ポリスチレン)及び第2粗視化ポリマーモデルM2(ポリブタジエン)の貯蔵弾性率G’(ω)を示す。図4に示す実験値の単位系と、図5に示すシミュレーション上のLJ単位系とが異なっており、数値での比較ができない。図4に示す実験結果では、ポリスチレンとポリブタジエンの貯蔵弾性率G’がグラフ上で交差しているという特徴があり、この事実を第2許容条件とした。シミュレーション上においては、定数σによってポリスチレンとポリブタジエンの貯蔵弾性率G’(ω)が乖離し、定数σが少しでもずれると、双方の貯蔵弾性率G’(ω)が乖離するために、上記交差する事実を判断条件としても実験値との高い一致度が確保できていると考えている。 The second determination unit 17 shown in FIG. 1 determines whether or not the physical quantities of the models M1 and M2 calculated by the physical quantity calculation unit 16 meet the second permissible condition based on the experimental values. The second permissible condition is set in advance. In the present embodiment, the storage elastic modulus G'of the first coarse-grained polymer model M1 (polystyrene) and the storage elastic modulus G'of the second coarse-grained polymer model M2 (polybutadiene) intersect on the graph. There is. FIG. 4 shows experimental values of storage elastic modulus of polystyrene and polybutadiene. FIG. 5 shows the storage elastic moduli G'(ω) of the first coarse-grained polymer model M1 (polystyrene) and the second coarse-grained polymer model M2 (polybutadiene) based on simulations. The unit system of experimental values shown in FIG. 4 and the simulated LJ unit system shown in FIG. 5 are different from each other, and numerical comparison cannot be performed. The experimental results shown in FIG. 4 are characterized in that the storage elastic moduli G'of polystyrene and polybutadiene intersect on the graph, and this fact was set as the second permissible condition. In the simulation, the storage elastic modulus G'(ω) of polystyrene and polybutadiene deviates due to the constant σ, and if the constant σ deviates even a little, the storage elastic modulus G'(ω) of both deviates. We believe that a high degree of agreement with the experimental values can be ensured even if the fact that the test is performed is used as a judgment condition.

第2判定部17が、第2許容条件に合致すると判断するまで、第2設定部15による定数εの設定(調整)、分子動力学計算実行部12による平衡化処理、物理量算出部16による物理量(貯蔵弾性率G’(ω))の算出が繰り返し実行される。 Until the second determination unit 17 determines that the second permissible condition is met, the second setting unit 15 sets (adjusts) the constant ε, the molecular dynamics calculation execution unit 12 balances the process, and the physical quantity calculation unit 16 determines the physical quantity. The calculation of (storage elastic modulus G'(ω)) is repeatedly executed.

なお、第2判定部17が、第2許容条件に合致すると判断した場合に、処理を終了してもよいが、再度、特性比Cを算出して、第1許容条件に合致するまでKangleの設定(調整)を繰り返すことが好ましい。定数εを変更することによって特性比Cが変化する場合があるためである。 If the second determination unit 17 determines that the second allowable condition is met, the process may be terminated, but the characteristic ratio C is calculated again and the K angle is reached until the first allowable condition is met. It is preferable to repeat the setting (adjustment) of. This is because the characteristic ratio C may change by changing the constant ε.

[粗視化ポリマーモデルのパラメータを決定する方法]
図1に示すシステム1における1又は複数のプロセッサが実行する、粗視化ポリマーモデルのパラメータを決定する方法について、図2を用いて説明する。
[How to determine the parameters of the coarse-grained polymer model]
A method of determining the parameters of the coarse-grained polymer model performed by one or more processors in the system 1 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

まず、ステップST1において、モデル取得部10は、第1粗視化ポリマーモデルM1及び第2粗視化ポリマーモデルM2を取得する。 First, in step ST1, the model acquisition unit 10 acquires the first coarse-grained polymer model M1 and the second coarse-grained polymer model M2.

次のステップST2において、第1設定部11が、第1粗視化粒子20及び第2粗視化粒子30のKangleをそれぞれ設定する。これにより、設定されたパラメータに基づくポテンシャルが設定される。 In the next step ST2, the first setting unit 11 sets the Kangles of the first coarse-grained particles 20 and the second coarse-grained particles 30, respectively. As a result, the potential based on the set parameters is set.

次のステップST3において、分子動力学計算実行部12が、第1粗視化ポリマーモデルM1及び第2粗視化ポリマーモデルM2に対して分子動力学計算による平衡化処理を実行する。次のステップST4において、特性比算出部13が、各々のモデルM1,M2の特性比Cを算出する。 In the next step ST3, the molecular dynamics calculation execution unit 12 executes the equilibrium processing by the molecular dynamics calculation on the first coarse-grained polymer model M1 and the second coarse-grained polymer model M2. In the next step ST4, the characteristic ratio calculation unit 13 calculates the characteristic ratio C of each of the models M1 and M2.

次のステップST5において、第1判定部14は、各々のモデルM1,M2の特性比Cが、実験値に基づく第1許容条件に合致するか否かを判定する。ステップST5において、各々の特性比が第1許容条件に合致すると判定されるまで、ステップST2における結合角曲げ定数Kangleの設定(調整)、ステップST3,4による特性比の算出を繰り返し実行する(ST5:NO)。 In the next step ST5, the first determination unit 14 determines whether or not the characteristic ratio C ∞ of each of the models M1 and M2 meets the first permissible condition based on the experimental value. In step ST5, the setting (adjustment) of the bond angle bending constant K angle in step ST2 and the calculation of the characteristic ratio in steps ST3 and 4 are repeatedly executed until it is determined that each characteristic ratio meets the first permissible condition (step ST2). ST5: NO).

ステップST5において、第1判定部14が、各々の特性比が第1許容条件に合致すると判定した場合(ST4:YES)には、次のステップST6において、第2設定部15が、ポテンシャルの強度に関する定数εを各々のモデルM1,M2に設定する。 When the first determination unit 14 determines in step ST5 that each characteristic ratio meets the first permissible condition (ST4: YES), in the next step ST6, the second setting unit 15 determines the strength of the potential. The constant ε with respect to is set in each model M1 and M2.

次のステップST7において、分子動力学計算実行部12が、第1粗視化ポリマーモデルM1及び第2粗視化ポリマーモデルM2に対して分子動力学計算による平衡化処理を実行する。次のステップST8において、物理量算出部16は、各々のモデルM1,M2の物理量(貯蔵弾性率G’(ω))を算出する。 In the next step ST7, the molecular dynamics calculation execution unit 12 executes the equilibrium processing by the molecular dynamics calculation on the first coarse-grained polymer model M1 and the second coarse-grained polymer model M2. In the next step ST8, the physical quantity calculation unit 16 calculates the physical quantities (storage elastic modulus G'(ω)) of each of the models M1 and M2.

次にステップST9において、第2判定部17は、各々のモデルM1,M2の物理量が第2許容条件(交差するか)に合致するか否かを判定する。ステップST9において、各々の物理量が第2許容条件に合致すると判定されるまで、ステップST6における定数εの設定(調整)、ステップST7,8による物理量の算出を繰り返し実行する(ST9:NO)。 Next, in step ST9, the second determination unit 17 determines whether or not the physical quantities of the respective models M1 and M2 meet the second permissible condition (whether they intersect). In step ST9, the setting (adjustment) of the constant ε in step ST6 and the calculation of the physical quantity in steps ST7 and 8 are repeatedly executed until it is determined that each physical quantity meets the second permissible condition (ST9: NO).

ステップST9において、第2判定部17が、各々の物理量が第2許容条件に合致すると判定した場合(ST9:YES)には、次のステップST10において、Kangle及びεを用いて分子動力学計算実行部12による平衡化処理を実行し、特性比算出部13により特性比Cを算出する。 If the second determination unit 17 determines in step ST9 that each physical quantity meets the second permissible condition (ST9: YES), the molecular dynamics calculation using K angle and ε in the next step ST10. The balancing process is executed by the execution unit 12, and the characteristic ratio C is calculated by the characteristic ratio calculation unit 13.

次のステップST10において、第1判定部14が、各々の特性比が第1許容条件に合致するか否かを判定する。ステップST10において、各々の特性比が第1許容条件に合致すると判定されるまで、ステップST2へ戻る。すなわち、ステップST10において、各々特性比が第1許容条件に合致していないと判定された場合(ST10:NO)には、ステップST2の処理へ移行する。ステップST10において、各々特性比が第1許容条件に合致すると判定された場合(ST10:YES)には、パラメータKangle及びεが特定できたとして、処理を終了する。なお、処理ST10及びST11は省略することも可能である。 In the next step ST10, the first determination unit 14 determines whether or not each characteristic ratio meets the first permissible condition. In step ST10, the process returns to step ST2 until it is determined that each characteristic ratio meets the first permissible condition. That is, when it is determined in step ST10 that the characteristic ratios do not meet the first permissible condition (ST10: NO), the process proceeds to step ST2. When it is determined in step ST10 that each characteristic ratio satisfies the first permissible condition (ST10: YES), it is assumed that the parameters K angle and ε can be specified, and the process ends. The processes ST10 and ST11 can be omitted.

本実施形態では、上記の処理によって、第1粗視化ポリマーモデルM1(ポリスチレンモデル)のパラメータ(Kangle)が5.1であり、パラメータ(ε)が0.5であり、第2粗視化ポリマーモデルM2(ポリブタジエンモデル)のパラメータ(Kangle)が3.0であり、パラメータ(ε)が5.0であると特定できた。なお、いずれもσは1.0である。 In the present embodiment, the parameter (K angle ) of the first coarse-grained polymer model M1 (polystyrene model) is 5.1, the parameter (ε) is 0.5, and the second coarse-grained polymer model M1 (polystyrene model) is subjected to the above processing. It was identified that the parameter (K angle ) of the polymer model M2 (polybutadiene model) was 3.0 and the parameter (ε) was 5.0. In each case, σ is 1.0.

このシミュレーション結果を用いて、図6に示す第1SBRモデルM3と、第2SBRモデルM4を生成した。いずれのSBRモデルM3,M4も、スチレンを表す第1粗視化粒子20とブタジエンを表す第2粗視化粒子30とが直鎖状に連結されたSBRである。いずれも鎖長は120粒子であり、スチレンを表す第1粗視化粒子20が30個、ブタジエンを表す第2粗視化粒子30が90個存在する。第1SBRモデルM3は、スチレンを表す第1粗視化粒子20が全体的にランダムになるように配置されたモデルである。一方、第2SBRモデルM4は、スチレンを表す第1粗視化粒子20が偏在するように配置されたモデルである。 Using this simulation result, the first SBR model M3 and the second SBR model M4 shown in FIG. 6 were generated. Each of the SBR models M3 and M4 is an SBR in which the first coarse-grained particles 20 representing styrene and the second coarse-grained particles 30 representing butadiene are linearly linked. In each case, the chain length is 120 particles, and there are 30 first coarse-grained particles 20 representing styrene and 90 second coarse-grained particles 30 representing butadiene. The first SBR model M3 is a model in which the first coarse-grained particles 20 representing styrene are arranged so as to be totally random. On the other hand, the second SBR model M4 is a model in which the first coarse-grained particles 20 representing styrene are arranged so as to be unevenly distributed.

図7は、図6に示すモデルM3,M4を用いたスチレンの分散性によるtanδの形状変化を示すシミュレーション結果を示す。図7に示すように、偏りの有るモデルM4は、モデルM3に比べて、低周波数領域(図中左側)において貯蔵弾性率G’(ω)が下がり、損失弾性率G’’(ω)が上がっている。その結果、tanδが上がっている。これは、tanδ=G’’(ω)/G’ (ω)の式に合致している。すなわち、スチレンの分布に偏りがあると、tanδが増加してしまうことがシミュレーションの結果から理解できる。これは、実験に合致する結果である。よって、上記パラメータが適切に決定できていると理解できる。 FIG. 7 shows the simulation results showing the shape change of tan δ due to the dispersibility of styrene using the models M3 and M4 shown in FIG. As shown in FIG. 7, the biased model M4 has a lower storage elastic modulus G'(ω) in the low frequency region (left side in the figure) and a loss elastic modulus G''(ω) than the model M3. It's up. As a result, tan δ is increased. This matches the equation of tan δ = G ″ (ω) / G ″ (ω). That is, it can be understood from the simulation results that tan δ increases when the distribution of styrene is biased. This is a result that is consistent with the experiment. Therefore, it can be understood that the above parameters have been appropriately determined.

なお、本実施形態では、スチレンとブタジエンを例に挙げているが、これに限定されず、任意の化学式構造単位を粗視化するモデルに採用可能である。 In this embodiment, styrene and butadiene are given as examples, but the present invention is not limited to this, and can be adopted as a model for coarse-graining any chemical formula structural unit.

以上のように、本実施形態の粗視化ポリマーモデルのパラメータを決定する方法は、
1又は複数のプロセッサ1aが実行する方法であって、
(a1)直鎖状に結合された複数の第1粗視化粒子20を有する第1粗視化ポリマーモデルM1と、直鎖状に結合された複数の第2粗視化粒子30を有する第2粗視化ポリマーモデルM2とを取得すること(ST1)と、
(b1)第1粗視化粒子20及び第2粗視化粒子30の結合角曲げ定数Kangleと、ポテンシャルの強度に関する定数εと、を設定すること(ST2,ST6)と、
(c1)分子動力学計算を実行して、各々のモデルの特性比と、各々のモデルの粘弾性を表す物理量とを算出すること(ST3,ST4,ST7,ST8)と、
(d1)特性比と物理量が、それぞれの実験値に基づく許容条件に合致するまで、(b1)における定数ε及び結合角曲げ定数Kangleの設定と、(c1)における特性比及び物理量の算出と、を繰り返し実行することと、
を含む。
As described above, the method for determining the parameters of the coarse-grained polymer model of the present embodiment is
A method executed by one or more processors 1a.
(A1) A first coarse-grained polymer model M1 having a plurality of linearly bonded first coarse-grained particles 20 and a second coarse-grained polymer model M1 having a plurality of linearly bonded second coarse-grained particles 30. 2 Acquiring the coarse-grained polymer model M2 (ST1) and
(B1) Setting the bond angle bending constant K angle of the first coarse-grained particles 20 and the second coarse-grained particles 30 and the constant ε regarding the potential intensity (ST2, ST6), and
(C1) Execute molecular dynamics calculation to calculate the characteristic ratio of each model and the physical quantity representing the viscoelasticity of each model (ST3, ST4, ST7, ST8).
(D1) Setting the constant ε and bond angle bending constant K angle in (b1) and calculating the characteristic ratio and physical quantity in (c1) until the characteristic ratio and physical quantity meet the permissible conditions based on the respective experimental values. , And repeatedly
including.

本実施形態の粗視化ポリマーモデルのパラメータを決定するシステム1は、
直鎖状に結合された複数の第1粗視化粒子20を有する第1粗視化ポリマーモデルM1と、直鎖状に結合された複数の第2粗視化粒子30を有する第2粗視化ポリマーモデルM2とを取得するモデル取得部10と、
第1粗視化粒子20及び第2粗視化粒子30の結合角曲げ定数Kangleを設定する第1設定部11と、
ポテンシャルの強度に関する定数εを設定する第2設定部15と、
分子動力学計算を実行する分子動力学計算実行部12と、
各々のモデルM1,M2の特性比を算出する特性比算出部13と、
各々のモデルM1,M2の粘弾性を表す物理量を算出する物理量算出部16と、
を備え、
特性比と物理量がそれぞれの実験値に基づく許容条件に合致するまで、第1設定部11による定数εの設定と、第2設定部15による結合角曲げ定数Kangleの設定と、特性比算出部13による特性比の算出と、物理量算出部16による前記物理量の算出と、を繰り返し実行するように構成されている。
The system 1 for determining the parameters of the coarse-grained polymer model of the present embodiment
A first coarse-grained polymer model M1 having a plurality of linearly bonded first coarse-grained particles 20 and a second coarse-grained polymer model M1 having a plurality of linearly bonded second coarse-grained particles 30. The model acquisition unit 10 that acquires the chemical polymer model M2,
The first setting unit 11 for setting the bond angle bending constant K angle of the first coarse-grained particles 20 and the second coarse-grained particles 30.
The second setting unit 15 that sets the constant ε related to the strength of the potential,
Molecular dynamics calculation execution unit 12 that executes molecular dynamics calculation,
The characteristic ratio calculation unit 13 for calculating the characteristic ratio of each model M1 and M2, and
A physical quantity calculation unit 16 for calculating a physical quantity representing the viscoelasticity of each model M1 and M2,
With
Until the characteristic ratio and physical quantity meet the permissible conditions based on the respective experimental values, the first setting unit 11 sets the constant ε, the second setting unit 15 sets the coupling angle bending constant K angle , and the characteristic ratio calculation unit. The calculation of the characteristic ratio by 13 and the calculation of the physical quantity by the physical quantity calculation unit 16 are repeatedly executed.

このように、分子動力学計算により導出される特性比及び物理量が、実験値に基づく許容条件に合致するまで、定数ε及び結合角曲げ定数Kangleの設定および分子動力学計算が繰り返し実行されるので、全粒子シミュレーションを実行せずに、実験値に基づき各々のパラメータ(ε,Kangle)を決定することが可能となる。 In this way, the constant ε and the coupling angle bending constant K angle are set and the molecular dynamics calculation is repeatedly executed until the characteristic ratio and the physical quantity derived by the molecular dynamics calculation meet the allowable conditions based on the experimental values. Therefore, it is possible to determine each parameter (ε, K angle ) based on the experimental value without executing the whole particle simulation.

すなわち、全粒子シミュレーション結果で算出されたパラメータから粗視化ポリマーモデルのパラメータへの変換は可能であるが、計算コストが問題であり、実測値に合致させるための手法が提案させていなかったが、本開示によれば、実測値に合致するようにパラメータを決定可能となる。 That is, although it is possible to convert the parameters calculated from the total particle simulation results to the parameters of the coarse-grained polymer model, the calculation cost is a problem, and a method for matching the measured values has not been proposed. According to the present disclosure, the parameters can be determined so as to match the measured values.

本実施形態の方法のように、(b2)第1粗視化粒子20及び第2粗視化粒子30同士の結合角曲げ定数Kangleをそれぞれ設定すること(ST2)と、(c2)分子動力学計算による平衡化処理を実行して、各々のモデルM1,M2の特性比を算出すること(ST3,ST4)と、(d2)前記(c2)で算出した各々の特性比が、実験値に基づく第1許容条件に合致するまで、前記(b2)における結合角曲げ定数Kangleの設定および前記(c2)における特性比の算出を繰り返し、第1許容条件が成立すれば、下記(e2)を実行すること(ST5)と、(e2)ポテンシャルの強度に関する定数εを各々のモデルM1,M2に設定すること(ST6)と、(f2)平衡化処理を実行して、各々のモデルM1,M2の粘弾性を表す物理量を算出すること(ST8)と、(g2)(f2)で算出した各々の物理量が、実験値に基づく第2許容条件に合致するまで、(e2)における定数εの設定および前記(f2)における物理量の算出を繰り返すことと、
を含むことが好ましい。
As in the method of the present embodiment, (b2) the bond angle bending constant K angle between the first coarse-vision particles 20 and the second coarse-vision particles 30 is set, respectively (ST2), and (c2) the molecular power. The equilibrium processing by the academic calculation is executed to calculate the characteristic ratio of each model M1 and M2 (ST3, ST4), and (d2) each characteristic ratio calculated in (c2) above is used as an experimental value. The setting of the coupling angle bending constant K angle in (b2) and the calculation of the characteristic ratio in (c2) are repeated until the first allowable condition is satisfied, and if the first allowable condition is satisfied, the following (e2) is performed. Execution (ST5), (e2) Setting the constant ε related to the intensity of the potential to each model M1 and M2 (ST6), and (f2) the equilibrium process are executed, and the respective models M1 and M2 are executed. Calculation of the physical quantity representing the viscous elasticity of (ST8) and setting of the constant ε in (e2) until each physical quantity calculated in (g2) and (f2) meets the second permissible condition based on the experimental value. And repeating the calculation of the physical quantity in (f2) above,
Is preferably included.

本実施形態のシステムのように、特性比算出部13が算出した各々の特性比が、実験値に基づく第1許容条件に合致するまで、第1設定部11による結合角曲げ定数Kangleの設定および特性比算出部13による特性比の算出を繰り返し、
第1許容条件が成立すれば、第2設定部15により定数εを設定し、物理量算出部16により各々の物理量を算出し、
物理量算出部16が算出した各々の物理量が、実験値に基づく第2許容条件に合致するまで、第2設定部15による定数εの設定および物理量算出部16による物理量の算出を繰り返すことが好ましい。
Like the system of the present embodiment, the bond angle bending constant K angle is set by the first setting unit 11 until each characteristic ratio calculated by the characteristic ratio calculation unit 13 meets the first permissible condition based on the experimental value. And the calculation of the characteristic ratio by the characteristic ratio calculation unit 13 is repeated.
When the first permissible condition is satisfied, the constant ε is set by the second setting unit 15, and each physical quantity is calculated by the physical quantity calculation unit 16.
It is preferable that the setting of the constant ε by the second setting unit 15 and the calculation of the physical quantity by the physical quantity calculation unit 16 are repeated until each physical quantity calculated by the physical quantity calculation unit 16 meets the second permissible condition based on the experimental value.

このように、実験値に基づく第1許容条件に合致する特性比が得られるまで、且つ、実験値に基づき第2許容条件に合致する粘弾性を表す物理量が得られるまで、分子動力学の実行を繰り返すので、粗視化粒子の結合角曲げ定数Kangleおよびポテンシャルの強度に関する定数εを決定可能となる。それでいて、全粒子シミュレーションを実行しないので、計算コストを低減可能となる。 In this way, molecular dynamics is executed until a characteristic ratio that matches the first permissible condition based on the experimental value is obtained and a physical quantity that represents viscoelasticity that matches the second permissible condition is obtained based on the experimental value. By repeating the above, it is possible to determine the bond angle bending constant K angle of the coarse-grained particles and the constant ε regarding the potential intensity. Nevertheless, since the whole particle simulation is not executed, the calculation cost can be reduced.

本実施形態の方法のように、(g2)において各々の物理量が第2許容条件に合致する場合には、結合角曲げ定数Kangle及び定数εを用いて平衡化処理を実行して、各々のモデルの特性比を算出し、(h2)(g2)において算出した前記各々の特性比が前記第1許容条件に合致するまで、(b2)に戻ることが好ましい。 When each physical quantity meets the second permissible condition in (g2) as in the method of the present embodiment, the equilibrium process is executed using the bond angle bending constant K angle and the constant ε, and each of them is executed. It is preferable to calculate the characteristic ratio of the model and return to (b2) until each of the characteristic ratios calculated in (h2) and (g2) meets the first permissible condition.

本実施形態のシステムのように、物理量算出部16が算出した各々の物理量が第2許容条件に合致する場合には、結合角曲げ定数Kangle及び定数εを用いて分子動力学計算実行部12が平衡化処理を実行して、特性比算出部13が各々のモデルの特性比を算出し、特性比算出部13が算出した各々の特性比が第1許容条件に合致するまで、第1設定部による結合角曲げ定数Kangleの設定および特性比算出部13による特性比の算出を繰り返すことが好ましい。 When each physical quantity calculated by the physical quantity calculation unit 16 meets the second permissible condition as in the system of the present embodiment, the molecular dynamics calculation execution unit 12 uses the coupling angle bending constant K angle and the constant ε. Executes the equilibrium process, the characteristic ratio calculation unit 13 calculates the characteristic ratio of each model, and the first setting is performed until each characteristic ratio calculated by the characteristic ratio calculation unit 13 meets the first allowable condition. It is preferable to repeat the setting of the coupling angle bending constant K angle by the unit and the calculation of the characteristic ratio by the characteristic ratio calculation unit 13.

このようにすれば、定数εに変更によって特性比が変化したとしても、再度、結合角曲げ定数Kangleを算出しなおすので、定数ε及び結合角曲げ定数Kangleを適切に算出することが可能である。 In this way, even if the characteristic ratio changes due to the change to the constant ε, the bond angle bending constant K angle is calculated again, so that the constant ε and the bond angle bending constant K angle can be calculated appropriately. Is.

本実施形態のように、前記第1粗視化粒子はスチレンであり、前記第2粗視化粒子はブタジエンであり、前記物理量は、貯蔵弾性率であり、前記第2許容条件は、第1粗視化ポリマーモデルの貯蔵弾性率と、第2粗視化ポリマーモデルの貯蔵弾性率とがグラフ上で交差することであることが好ましい。 As in the present embodiment, the first coarse-grained particles are styrene, the second coarse-grained particles are butadiene, the physical quantity is the storage elastic modulus, and the second allowable condition is the first. It is preferable that the storage elastic modulus of the coarse-grained polymer model and the storage elastic modulus of the second coarse-grained polymer model intersect on the graph.

このようにすれば、例えばシミュレーション上でのLJ単位系と、実験値の単位系が異なり、数値の比較ができない場合であっても、各々の貯蔵弾性率がクロスすることで実験値に合致すると取り扱うことができ、実験値に基づくパラメータの決定が可能となる。 In this way, for example, even if the LJ unit system on the simulation and the unit system of the experimental value are different and the numerical values cannot be compared, the storage elastic moduli of each cross to match the experimental value. It can be handled and parameters can be determined based on experimental values.

本実施形態のように、物理量は、貯蔵弾性率、損失弾性率及びtanδの少なくともいずれかであることが好ましい。 As in the present embodiment, the physical quantity is preferably at least one of a storage elastic modulus, a loss elastic modulus, and tan δ.

本実施形態に係るプログラムは、上記方法をコンピュータに実行させるプログラムである。
これらプログラムを実行することによっても、上記方法の奏する作用効果を得ることが可能となる。
The program according to this embodiment is a program that causes a computer to execute the above method.
By executing these programs, it is possible to obtain the effects of the above method.

以上、本開示の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above with reference to the drawings, it should be considered that the specific configuration is not limited to these embodiments. The scope of the present disclosure is shown not only by the description of the embodiment described above but also by the scope of claims, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 It is possible to adopt the structure adopted in each of the above embodiments in any other embodiment. The specific configuration of each part is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present disclosure.

以上、本開示の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above with reference to the drawings, it should be considered that the specific configuration is not limited to these embodiments. The scope of the present disclosure is shown not only by the description of the embodiment described above but also by the scope of claims, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 It is possible to adopt the structure adopted in each of the above embodiments in any other embodiment. The specific configuration of each part is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present disclosure.

上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。 It is possible to adopt the structure adopted in each of the above embodiments in any other embodiment.

例えば、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現できる。特許請求の範囲、明細書、および図面中のフローに関して、便宜上「まず」、「次に」等を用いて説明したとしても、この順で実行することが必須であることを意味するものではない。 For example, the execution order of each process such as operation, procedure, step, and step in the device, system, program, and method shown in the claims, specification, and drawings may be the output of the previous process after the output. Unless used in processing, it can be realized in any order. Even if the claims, the specification, and the flow in the drawings are explained using "first", "next", etc. for convenience, it does not mean that it is essential to execute in this order. ..

図1に示す各部10〜17は、所定プログラムを1又はプロセッサで実行することで実現しているが、各部を専用メモリや専用回路で構成してもよい。上記実施形態のシステム1は、一つのコンピュータのプロセッサ1aにおいて各部10〜17が実装されているが、各部10〜17を分散させて、複数のコンピュータやクラウドで実装してもよい。すなわち、上記方法を1又は複数のプロセッサで実行してもよい。 Although each part 10 to 17 shown in FIG. 1 is realized by executing a predetermined program by 1 or a processor, each part may be configured by a dedicated memory or a dedicated circuit. In the system 1 of the above embodiment, each part 10 to 17 is mounted on the processor 1a of one computer, but each part 10 to 17 may be distributed and mounted on a plurality of computers or the cloud. That is, the above method may be executed by one or more processors.

システム1は、プロセッサ1aを含む。例えば、プロセッサ1aは、中央処理ユニット(CPU)、マイクロプロセッサ、またはコンピュータ実行可能命令の実行が可能なその他の処理ユニットとすることができる。また、システム1は、システム1のデータを格納するためのメモリ1bを含む。一例では、メモリ1bは、コンピュータ記憶媒体を含み、RAM、ROM、EEPROM、フラッシュメモリまたはその他のメモリ技術、CD−ROM、DVDまたはその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージまたはその他の磁気記憶デバイス、あるいは所望のデータを格納するために用いることができ、そしてシステム1がアクセスすることができる任意の他の媒体を含む。 System 1 includes processor 1a. For example, the processor 1a can be a central processing unit (CPU), a microprocessor, or any other processing unit capable of executing computer executable instructions. Further, the system 1 includes a memory 1b for storing the data of the system 1. In one example, memory 1b includes a computer storage medium, including RAM, ROM, EEPROM, flash memory or other memory technology, CD-ROM, DVD or other optical disc storage, magnetic cassette, magnetic tape, magnetic disk storage or other. Includes a magnetic storage device, or any other medium that can be used to store the desired data and that System 1 can access.

1…システム、10…モデル取得部、11…第1設定部、12…分子動力学計算実行部、13…特性比算出部、15…第2設定部、16…物理量算出部、20…第1粗視化粒子、30…第2粗視化粒子、M1…第1粗視化ポリマーモデル、M2…第2粗視化ポリマーモデル、ε…ポテンシャルの強度に関する定数、Kangle…結合角曲げ定数 1 ... System, 10 ... Model acquisition unit, 11 ... First setting unit, 12 ... Molecular dynamics calculation execution unit, 13 ... Characteristic ratio calculation unit, 15 ... Second setting unit, 16 ... Physical quantity calculation unit, 20 ... First Coarse-grained particles, 30 ... 2nd coarse-grained particles, M1 ... 1st coarse-grained polymer model, M2 ... 2nd coarse-grained polymer model, ε ... constants related to potential strength, K angle ... bond angle bending constant

Claims (11)

1又は複数のプロセッサが実行する方法であって、
(a1)直鎖状に結合された複数の第1粗視化粒子を有する第1粗視化ポリマーモデルと、直鎖状に結合された複数の第2粗視化粒子を有する第2粗視化ポリマーモデルとを取得することと、
(b1)前記第1粗視化粒子及び前記第2粗視化粒子の結合角曲げ定数Kangleと、ポテンシャルの強度に関する定数εと、を設定することと、
(c1)分子動力学計算を実行して、各々のモデルの特性比と、各々のモデルの粘弾性を表す物理量とを算出することと、
(d1)前記特性比と前記物理量が、それぞれの実験値に基づく許容条件に合致するまで、前記(b1)における前記定数ε及び結合角曲げ定数Kangleの設定と、前記(c1)における前記特性比及び前記物理量の算出と、を繰り返し実行することと、
を含む、粗視化ポリマーモデルのパラメータを決定する方法。
A method executed by one or more processors.
(A1) A first coarse-grained polymer model having a plurality of linearly bonded first coarse-grained particles and a second coarse-grained polymer having a plurality of linearly bonded second coarse-grained particles. To obtain a polymer model and
(B1) Setting the bond angle bending constant K angle of the first coarse-grained particles and the second coarse-grained particles and the constant ε regarding the potential intensity, and
(C1) Execute molecular dynamics calculation to calculate the characteristic ratio of each model and the physical quantity representing the viscoelasticity of each model.
(D1) The setting of the constant ε and the bond angle bending constant K angle in (b1) and the characteristic in (c1) until the characteristic ratio and the physical quantity meet the permissible conditions based on the respective experimental values. Repeatedly executing the calculation of the ratio and the physical quantity, and
A method of determining the parameters of a coarse-grained polymer model, including.
(b2)前記第1粗視化粒子及び前記第2粗視化粒子同士の結合角曲げ定数Kangleをそれぞれ設定することと、
(c2)分子動力学計算による平衡化処理を実行して、各々のモデルの特性比を算出することと、
(d2)前記(c2)で算出した各々の特性比が、実験値に基づく第1許容条件に合致するまで、前記(b2)における結合角曲げ定数Kangleの設定および前記(c2)における特性比の算出を繰り返し、前記第1許容条件が成立すれば、下記(e2)を実行することと、
(e2)ポテンシャルの強度に関する定数εを各々のモデルに設定することと、
(f2)平衡化処理を実行して、各々のモデルの粘弾性を表す物理量を算出することと、
(g2)前記(f2)で算出した各々の物理量が、実験値に基づく第2許容条件に合致するまで、前記(e2)における定数εの設定および前記(f2)における物理量の算出を繰り返すことと、
を含む、請求項1に記載の方法。
(B2) Setting the bond angle bending constant K angle between the first coarse-grained particles and the second coarse-grained particles, respectively,
(C2) To calculate the characteristic ratio of each model by executing the equilibrium process by molecular dynamics calculation.
(D2) Setting of the bond angle bending constant K angle in (b2) and the characteristic ratio in (c2) until each characteristic ratio calculated in (c2) meets the first permissible condition based on the experimental value. If the first permissible condition is satisfied, the following (e2) is executed.
(E2) Setting a constant ε related to the intensity of the potential in each model and
(F2) Performing the equilibrium process to calculate the physical quantity representing the viscoelasticity of each model,
(G2) The setting of the constant ε in (e2) and the calculation of the physical quantity in (f2) are repeated until each physical quantity calculated in (f2) meets the second permissible condition based on the experimental value. ,
The method according to claim 1, wherein the method comprises.
前記(g2)において前記各々の物理量が前記第2許容条件に合致する場合には、前記結合角曲げ定数Kangle及び前記定数εを用いて前記平衡化処理を実行して、各々のモデルの特性比を算出し、
(h2)前記(g2)において算出した前記各々の特性比が前記第1許容条件に合致するまで、前記(b2)に戻る、請求項2に記載の方法。
When each of the physical quantities in (g2) meets the second permissible condition, the equilibration process is executed using the bond angle bending constant K angle and the constant ε, and the characteristics of each model are obtained. Calculate the ratio,
(H2) The method according to claim 2, wherein the process returns to (b2) until the respective characteristic ratios calculated in (g2) meet the first permissible condition.
前記第1粗視化粒子はスチレンであり、前記第2粗視化粒子はブタジエンであり、
前記物理量は、貯蔵弾性率であり、
前記第2許容条件は、前記第1粗視化ポリマーモデルの貯蔵弾性率と、前記第2粗視化ポリマーモデルの貯蔵弾性率とがグラフ上で交差することである、請求項2又は3に記載の方法。
The first coarse-grained particles are styrene and the second coarse-grained particles are butadiene.
The physical quantity is the storage elastic modulus.
The second permissible condition is that the storage elastic modulus of the first coarse-grained polymer model and the storage elastic modulus of the second coarse-grained polymer model intersect on the graph, according to claim 2 or 3. The method described.
前記物理量は、貯蔵弾性率、損失弾性率及びtanδの少なくともいずれかである、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the physical quantity is at least one of a storage elastic modulus, a loss elastic modulus, and tan δ. 直鎖状に結合された複数の第1粗視化粒子を有する第1粗視化ポリマーモデルと、直鎖状に結合された複数の第2粗視化粒子を有する第2粗視化ポリマーモデルとを取得するモデル取得部と、
前記第1粗視化粒子及び前記第2粗視化粒子の結合角曲げ定数Kangleを設定する第1設定部と、
ポテンシャルの強度に関する定数εを設定する第2設定部と、
分子動力学計算を実行する分子動力学計算実行部と、
各々のモデルの特性比を算出する特性比算出部と、
各々のモデルの粘弾性を表す物理量を算出する物理量算出部と、
を備え、
前記特性比と前記物理量がそれぞれの実験値に基づく許容条件に合致するまで、前記第1設定部による前記定数εの設定と、前記第2設定部による前記結合角曲げ定数Kangleの設定と、前記特性比算出部による前記特性比の算出と、前記物理量算出部による前記物理量の算出と、を繰り返し実行するように構成されている、粗視化ポリマーモデルのパラメータを決定するシステム。
A first coarse-grained polymer model with a plurality of linearly bonded first coarse-grained particles and a second coarse-grained polymer model with a plurality of linearly bonded second coarse-grained particles. And the model acquisition department to acquire
A first setting unit for setting the bond angle bending constant K angle of the first coarse-grained particles and the second coarse-grained particles, and
The second setting part that sets the constant ε related to the strength of the potential,
Molecular dynamics calculation execution department that executes molecular dynamics calculation,
A characteristic ratio calculation unit that calculates the characteristic ratio of each model,
A physical quantity calculation unit that calculates a physical quantity that represents the viscoelasticity of each model,
With
Until the characteristic ratio and the physical quantity meet the permissible conditions based on the respective experimental values, the setting of the constant ε by the first setting unit, the setting of the coupling angle bending constant K angle by the second setting unit, and the setting of the coupling angle bending constant K angle. A system for determining parameters of a roughened polymer model, which is configured to repeatedly execute the calculation of the characteristic ratio by the characteristic ratio calculation unit and the calculation of the physical quantity by the physical quantity calculation unit.
前記特性比算出部が算出した各々の特性比が、実験値に基づく第1許容条件に合致するまで、前記第1設定部による前記結合角曲げ定数Kangleの設定および前記特性比算出部による特性比の算出を繰り返し、
前記第1許容条件が成立すれば、前記第2設定部により前記定数εを設定し、前記物理量算出部により各々の物理量を算出し、
前記物理量算出部が算出した各々の物理量が、実験値に基づく第2許容条件に合致するまで、前記第2設定部による前記定数εの設定および前記物理量算出部による物理量の算出を繰り返す、請求項6に記載のシステム。
The bond angle bending constant K angle is set by the first setting unit and the characteristics by the characteristic ratio calculation unit until each characteristic ratio calculated by the characteristic ratio calculation unit meets the first permissible condition based on the experimental value. Repeat the calculation of the ratio,
When the first permissible condition is satisfied, the constant ε is set by the second setting unit, and each physical quantity is calculated by the physical quantity calculation unit.
Claim that the setting of the constant ε by the second setting unit and the calculation of the physical quantity by the physical quantity calculation unit are repeated until each physical quantity calculated by the physical quantity calculation unit meets the second permissible condition based on the experimental value. 6. The system according to 6.
前記物理量算出部が算出した前記各々の物理量が前記第2許容条件に合致する場合には、前記結合角曲げ定数Kangle及び前記定数εを用いて前記分子動力学計算実行部が前記平衡化処理を実行して、前記特性比算出部が各々のモデルの特性比を算出し、
前記特性比算出部が算出した前記各々の特性比が前記第1許容条件に合致するまで、前記第1設定部による前記結合角曲げ定数Kangleの設定および前記特性比算出部による特性比の算出を繰り返す、請求項7に記載のシステム。
When each of the physical quantities calculated by the physical quantity calculation unit meets the second permissible condition, the molecular dynamics calculation execution unit uses the bond angle bending constant K angle and the constant ε to perform the equilibrium processing. Is executed, the characteristic ratio calculation unit calculates the characteristic ratio of each model, and
The coupling angle bending constant K angle is set by the first setting unit and the characteristic ratio is calculated by the characteristic ratio calculation unit until each of the characteristic ratios calculated by the characteristic ratio calculation unit meets the first permissible condition. 7. The system according to claim 7.
前記第1粗視化粒子はスチレンであり、前記第2粗視化粒子はブタジエンであり、
前記物理量は、貯蔵弾性率であり、
前記第2許容条件は、前記第1粗視化ポリマーモデルの貯蔵弾性率と、前記第2粗視化ポリマーモデルの貯蔵弾性率とがグラフ上で交差することである、請求項7又は8に記載のシステム。
The first coarse-grained particles are styrene and the second coarse-grained particles are butadiene.
The physical quantity is the storage elastic modulus.
The second permissible condition is that the storage elastic modulus of the first coarse-grained polymer model and the storage elastic modulus of the second coarse-grained polymer model intersect on the graph, according to claim 7 or 8. Described system.
前記物理量は、貯蔵弾性率、損失弾性率及びtanδの少なくともいずれかである、請求項6〜9のいずれかに記載のシステム。 The system according to any one of claims 6 to 9, wherein the physical quantity is at least one of a storage elastic modulus, a loss elastic modulus, and tan δ. 請求項1〜5のいずれかに記載の方法を1又は複数のプロセッサに実行させるプログラム。
A program that causes one or more processors to execute the method according to any one of claims 1 to 5.
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