JP6834182B2 - Composite material analysis model creation method, composite material analysis model creation computer program, composite material analysis method and composite material analysis computer program - Google Patents

Composite material analysis model creation method, composite material analysis model creation computer program, composite material analysis method and composite material analysis computer program Download PDF

Info

Publication number
JP6834182B2
JP6834182B2 JP2016116026A JP2016116026A JP6834182B2 JP 6834182 B2 JP6834182 B2 JP 6834182B2 JP 2016116026 A JP2016116026 A JP 2016116026A JP 2016116026 A JP2016116026 A JP 2016116026A JP 6834182 B2 JP6834182 B2 JP 6834182B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
model
composite material
analysis
interaction
polymer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016116026A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017219503A (en
Inventor
隆嗣 小島
隆嗣 小島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokohama Rubber Co Ltd
Original Assignee
Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokohama Rubber Co Ltd filed Critical Yokohama Rubber Co Ltd
Priority to JP2016116026A priority Critical patent/JP6834182B2/en
Publication of JP2017219503A publication Critical patent/JP2017219503A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6834182B2 publication Critical patent/JP6834182B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、複合材料の解析用モデルの作成方法、複合材料の解析用モデルの作成用コンピュータプログラム、複合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関し、例えば、フィラー及びポリマーを含む複合材料を解析可能な複合材料の解析用モデルの作成方法、複合材料の解析用モデルの作成用コンピュータプログラム、複合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関する。 The present invention relates to a method for creating a model for analyzing a composite material, a computer program for creating a model for analyzing a composite material, a method for analyzing a composite material and a computer program for analyzing a composite material, for example, a composite material containing a filler and a polymer. The present invention relates to a method for creating an analysis model for a composite material, a computer program for creating a model for analysis of a composite material, an analysis method for a composite material, and a computer program for analysis of a composite material.

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 method for simulating a polymer material described in Patent Document 1, the height is set after the 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. 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JP 2015-056002 特開2014−203262号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-203262

ところで、低燃費タイヤの開発を加速するためには、タイヤ変形に伴うエネルギーロス(ヒステリシス)とタイヤナノ構造との関係を明らかにすることが有効である。特に、低燃費タイヤの材料開発では、ポリマーとの相互作用が異なる複数のフィラーによるタイヤ補強メカニズムの解明が有効であり、フィラー充填によるタイヤ補強メカニズムの解析が重要である。 By the way, in order to accelerate the development of fuel-efficient tires, it is effective to clarify the relationship between the energy loss (hysteresis) associated with tire deformation and the tire nanostructure. In particular, in the development of materials for fuel-efficient tires, it is effective to elucidate the tire reinforcement mechanism by a plurality of fillers having different interactions with polymers, and it is important to analyze the tire reinforcement mechanism by filler filling.

しかしながら、従来の複合材料のシミュレーション方法では、カーボンブラック及びシリカなどのポリマーとの相互作用が異なるフィラー充填を充填した際のフィラーとポリマーとの相互作用は再現できる一方、フィラー周囲に存在するポリマー間の相互作用が材料特性に及ぼす影響を解析することは困難であった。 However, in the conventional composite material simulation method, the interaction between the filler and the polymer when the filler is filled with different interactions with the polymers such as carbon black and silica can be reproduced, and the interaction between the polymers existing around the filler can be reproduced. It was difficult to analyze the effect of the interaction of the above on the material properties.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、フィラー周囲のポリマー間の相互作用が材料特性に及ぼす影響を解析可能な複合材料の解析用モデルの作成方法、複合材料の解析用モデルの作成用コンピュータプログラム、複合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 is used for creating a model for analyzing a composite material capable of analyzing the influence of the interaction between polymers around a filler on material properties, and for analyzing a composite material. It is an object of the present invention to provide a computer program for creating a model, a method for analyzing a composite material, and a computer program for analyzing a composite material.

本発明の複合材料の解析用モデルの作成方法は、コンピュータを用いた分子動力学法による複合材料の解析用モデルの作成方法であって、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複合材料モデルを作成する第1ステップと、前記フィラーモデルの周囲に相互作用設定領域を設定する第2ステップと、前記相互作用設定領域内のポリマー粒子を相互作用設定粒子として抽出する第3ステップと、前記相互作用設定粒子を介して前記相互作用設定領域内のポリマー粒子に相互作用を設定して複合材料の解析用モデルを作成する第4ステップとを含むことを特徴とする。 The method for creating an analysis model for a composite material of the present invention is a method for creating a model for analysis of a composite material 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. And the first step of creating a composite material model including a plurality of filler models modeling the filler, the second step of setting an interaction setting region around the filler model, and polymer particles in the interaction setting region. The third step of extracting as the interaction setting particles, and the fourth step of creating an analysis model of the composite material by setting the interaction with the polymer particles in the interaction setting region via the interaction setting particles. It is characterized by including.

本発明の複合材料の解析用モデルの作成方法によれば、相互作用設定粒子を介して相互作用設定領域内のポリマー粒子間に相互作用を設定できるので、相互作用設定領域内のポリマーモデル間に任意の相互作用を設定できる。これにより、複合材料の解析用モデルの作成方法は、フィラーモデルの周囲のポリマーモデル間の斥力及び引力などの相互作用を任意に調整することができるので、フィラー周囲のポリマー間の相互作用が材料特性に及ぼす影響を解析可能な複合材料の解析用モデルを作成できる。 According to the method for creating an analysis model of a composite material of the present invention, the interaction can be set between the polymer particles in the interaction setting region via the interaction setting particles, so that the interaction between the polymer models in the interaction setting region can be set. Any interaction can be set. As a result, in the method of creating a model for analysis of a composite material, the interaction such as repulsive force and attractive force between the polymer models around the filler model can be arbitrarily adjusted, so that the interaction between the polymers around the filler model is a material. It is possible to create a model for analysis of composite materials that can analyze the effect on properties.

本発明の複合材料の解析用モデルの作成方法においては、さらに、前記ポリマーモデルを架橋させるステップを含むことが好ましい。この方法により、複合材料の解析用モデルの作成方法は、架橋反応を介してポリマーモデルを予め架橋した状態でフィラーモデルの周囲のポリマーモデルの相互作用を設定できるので、フィラー周囲のポリマーモデルの相互作用が材料特性に及ぼす影響をより正確に解析可能な複合材料の解析用モデルを作成できる。 The method for creating a model for analysis of a composite material of the present invention preferably further includes a step of cross-linking the polymer model. By this method, the method of creating a model for analysis of a composite material can set the interaction of the polymer model around the filler model in a state where the polymer model is pre-crosslinked through a cross-linking reaction, so that the interaction of the polymer models around the filler can be set. It is possible to create a model for analyzing composite materials that can more accurately analyze the effect of action on material properties.

本発明の複合材料の解析用モデルの作成方法においては、前記相互作用が、引力であることが好ましい。この方法により、複合材料の解析用モデルの作成方法は、ポリマーモデル間に引力を設定できるので、フィラーモデルの周囲のポリマーモデル群が収縮した状態の材料特性を解析することが可能となる。 In the method for creating an analysis model for a composite material of the present invention, it is preferable that the interaction is an attractive force. By this method, since the method of creating the model for analysis of the composite material can set the attractive force between the polymer models, it is possible to analyze the material properties in the state where the polymer model group around the filler model is contracted.

本発明の複合材料の解析用モデルの作成用コンピュータプログラムは、上記複合材料の解析用モデルの作成方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。 The computer program for creating an analysis model for a composite material of the present invention is characterized in that a computer executes the method for creating an analysis model for a composite material.

本発明の複合材料の解析用モデルの作成用コンピュータプログラムによれば、相互作用設定粒子を介して相互作用設定領域内のポリマー粒子間に相互作用を設定できるので、相互作用設定領域内のポリマーモデル間に任意の相互作用を設定できる。これにより、これにより、複合材料の解析用モデルの作成用コンピュータプログラムは、フィラーモデルの周囲のポリマーモデルの斥力及び引力などの相互作用を任意に調整することができるので、フィラー周囲のポリマー間の相互作用が材料特性に及ぼす影響を解析可能な複合材料の解析用モデルを作成できる。 According to the computer program for creating the analysis model of the composite material of the present invention, the interaction can be set between the polymer particles in the interaction setting region via the interaction setting particles, so that the polymer model in the interaction setting region can be set. Any interaction can be set between them. This allows the computer program for creating a model for the analysis of the composite material to arbitrarily adjust the interactions such as repulsive force and attractive force of the polymer model around the filler model, so that the interactions between the polymers around the filler model can be adjusted arbitrarily. It is possible to create a model for analysis of composite materials that can analyze the effect of interaction on material properties.

本発明の複合材料の解析方法は、上記複合材料の解析用モデルの作成方法で作成した複合材料の解析用モデルを用いて分子動力学法による運動解析を実行して物理量を取得することを特徴とする。 The method for analyzing a composite material of the present invention is characterized in that a physical quantity is obtained by performing a motion analysis by a molecular dynamics method using a model for analyzing a composite material created by the above method for creating a model for analyzing a composite material. And.

本発明の複合材料の解析方法によれば、相互作用設定領域内のポリマーモデル間に任意の相互作用を設定した解析用モデルを用いるので、フィラーモデルの周囲のポリマーモデルの相互作用を任意に調整することができ、フィラー周囲のポリマー間の相互作用が材料特性に及ぼす影響を解析可能となる。 According to the composite material analysis method of the present invention, since an analysis model in which an arbitrary interaction is set between the polymer models in the interaction setting region is used, the interaction of the polymer models around the filler model can be arbitrarily adjusted. It is possible to analyze the effect of the interaction between the polymers around the filler on the material properties.

本発明の複合材料の解析方法においては、前記運動解析の実行中に、前記相互作用設定粒子を前記相互作用設定領域内の他のポリマー粒子に変更することが好ましい。この方法により、運動解析時に相互作用設定粒子が相互作用設定領域外に移動した場合であっても、相互作用設定粒子を他のポリマー粒子に変更できるので、複合材料の解析用モデルを用いた運動解析の再現性が向上する。 In the composite material analysis method of the present invention, it is preferable to change the interaction setting particles to other polymer particles in the interaction setting region during the execution of the motion analysis. By this method, even if the interaction setting particles move out of the interaction setting region during the motion analysis, the interaction setting particles can be changed to other polymer particles, so that the motion using the analysis model of the composite material is used. The reproducibility of the analysis is improved.

本発明の複合材料の解析方法においては、前記運動解析が、変形解析であることが好ましい。この方法により、複合材料の解析方法は、複合材料のコンパウンドの力学特性を解析可能となる。 In the method for analyzing a composite material of the present invention, it is preferable that the motion analysis is a deformation analysis. This method makes it possible for the composite material analysis method to analyze the mechanical properties of the composite material compound.

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

本発明の複合材料の解析用コンピュータプログラムによれば、相互作用設定領域内のポリマーモデル間に任意の相互作用を設定した解析用モデルを用いるので、フィラーモデルの周囲のポリマーモデルの相互作用を任意に調整することができ、フィラー周囲のポリマー間の相互作用が材料特性に及ぼす影響を解析可能となる。 According to the computer program for analysis of the composite material of the present invention, since the analysis model in which the arbitrary interaction is set between the polymer models in the interaction setting region is used, the interaction of the polymer model around the filler model is arbitrary. It is possible to analyze the effect of the interaction between the polymers around the filler on the material properties.

本発明によれば、フィラー周囲のポリマー間の相互作用が材料特性に及ぼす影響を解析可能な複合材料の解析用モデルの作成方法、複合材料の解析用モデルの作成用コンピュータプログラム、複合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を実現できる。 According to the present invention, a method for creating an analysis model of a composite material capable of analyzing the influence of the interaction between polymers around a filler on material properties, a computer program for creating a model for analysis of a composite material, and analysis of a composite material. A computer program for analyzing methods and composite materials can be realized.

図1は、本発明の第1の実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法の概略を示すフロー図である。FIG. 1 is a flow chart showing an outline of a method for creating an analysis model of a composite material according to the first embodiment of the present invention. 図2は、第1の実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成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. 2 is a conceptual diagram showing an example of an analysis model created by the method for creating an analysis model of a composite material according to the first embodiment. 図3は、第1の実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法の一例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a method for creating an analysis model of a composite material according to the first embodiment. 図4は、第1の実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法の一例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a method for creating an analysis model of a composite material according to the first embodiment. 図5は、第1の実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成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 method for creating an analysis model of a composite material according to the first embodiment. 図6は、第1の実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成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 method for creating an analysis model of a composite material according to the first embodiment. 図7は、本実施の本発明の第2の実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法の概略を示すフロー図である。FIG. 7 is a flow chart showing an outline of a method for creating an analysis model of a composite material according to a second embodiment of the present invention. 図8は、第2の実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成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 method of creating a model for analysis of a composite material according to the second embodiment. 図9は、第2の実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法の一例を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a method for creating an analysis model of the composite material according to the second embodiment. 図10は、第2の実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成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 method for creating an analysis model for a composite material according to the second embodiment. 図11は、第2の実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成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 method for creating an analysis model for a composite material according to the second embodiment. 図12Aは、本発明の実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法におけるポリマーモデルの結合密度の説明図である。FIG. 12A is an explanatory diagram of the bond density of the polymer model in the method for creating an analysis model of the composite material according to the embodiment of the present invention. 図12Bは、本発明の実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法におけるポリマーモデルの結合密度の説明図である。FIG. 12B is an explanatory diagram of the bond density of the polymer model in the method for creating the analysis model of the composite material according to the embodiment of the present invention. 図13Aは、本発明の実施の形態に係る複合材料の運動解析の説明図である。FIG. 13A is an explanatory diagram of motion analysis of the composite material according to the embodiment of the present invention. 図13Bは、本発明の実施の形態に係る複合材料の運動解析の説明図である。FIG. 13B is an explanatory diagram of motion analysis of the composite material according to the embodiment of the present invention. 図13Cは、本発明の実施の形態に係る複合材料の運動解析の説明図である。FIG. 13C is an explanatory diagram of motion analysis of the composite material according to the embodiment of the present invention. 図14は、本発明の実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法及び複合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. 14 is a functional block diagram of an analysis device that executes a method for creating an analysis model for a composite material and a method for analyzing a composite material according to an embodiment of the present invention. 図15は、本発明の実施例に係る複合材料の解析用モデルの応力歪曲線を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a stress strain curve of a model for analysis of a composite material according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の各実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の各実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。 Hereinafter, each embodiment 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.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法の概略を示すフロー図である。図1に示すように、本実施の形態に係る解析用モデルの作成方法は、コンピュータを用いた分子動力学法による複合材料の解析用モデルの作成方法である。この複合材料の解析用モデルの作成方法は、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モデルを作成する第1ステップST11と、フィラーモデルの周囲に相互作用設定領域を設定する第2ステップST12と、相互作用設定領域内のポリマー粒子を相互作用設定粒子として抽出する第3ステップST13と、相互作用設定粒子を介して相互作用設定領域内のポリマー粒子に相互作用を設定して複合材料の解析用モデルを作成する第4ステップST14とを含む。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a flow chart showing an outline of a method for creating an analysis model of a composite material according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the method for creating an analysis model according to the present embodiment is a method for creating an analysis model for a composite material by a molecular dynamics method using a computer. The method for creating the analysis model of the composite material includes the first step ST11 for creating a composite material model including a plurality of polymer models in which the polymer is modeled by a plurality of polymer particles and a plurality of filler models in which the filler is modeled. The second step ST12 for setting the interaction setting region around the filler model, the third step ST13 for extracting the polymer particles in the interaction setting region as the interaction setting particles, and the interaction setting via the interaction setting particles. Includes a fourth step ST14, in which interactions are set on the polymer particles in the region to create an analytical model for the composite.

図2は、本実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法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2に示すように、本実施の形態に係る複合材料の解析用モデル1は、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内でモデル化される。この解析用モデル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。なお、本実施の形態では、解析対象となる複合材料がフィラー及び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2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つ以上のフィラーモデルを配置してもよい。また、図2に示す例では、解析用モデル1が、4つのポリマーモデル21を有する例を示しているが、ポリマーモデル21は、複数のポリマーモデル21がモデル作成領域A内の全域に亘って存在している。さらに、図2に示す例では、モデル作成領域Aが、略直方体形状の仮想空間である例について示しているが、球状、楕円状、直方体形状、多面体形状など任意の形状であってもよい。 FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of the analysis model 1 created by the method for creating the analysis model of the composite material according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the composite material analysis model 1 according to the present embodiment is modeled in, for example, a model creation area A which is a virtual space having a substantially cubic shape having a side length of a distance L. .. In this analysis model 1, 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 are modeled. It has a plurality of polymer models 21. 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 is also applied to a composite material containing two or more kinds of substances. It is possible. Further, in the example shown in FIG. 2, 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 have been described. May be placed. Further, in the example shown in FIG. 2, the analysis model 1 shows an example having four polymer models 21, but in the polymer model 21, a plurality of polymer models 21 cover the entire area within the model creation region A. Existing. Further, in the example shown in FIG. 2, the model creation area A is an example in which the virtual space has a substantially rectangular parallelepiped shape, but it may have any 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 body, 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.

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。また、フィラー粒子11a,12aは、複数のフィラー粒子11a,12aが集合してフィラー粒子群を構成する。フィラー粒子11a,12aは、複数のフィラー粒子11a,12a間の結合鎖(不図示)によって相対位置が特定されている。この結合鎖(不図示)は、フィラー粒子11a,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間を拘束している。結合鎖は、フィラー粒子11a,12aの相対位置及び捻り、曲げなどによって力が発生するポテンシャルが定義されているボンドである。この第1フィラーモデル11、12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、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. Further, in the filler particles 11a and 12a, a plurality of filler particles 11a and 12a are aggregated to form a filler particle group. The relative positions of the filler particles 11a and 12a are specified by the bonding chains (not shown) between the plurality of filler particles 11a and 12a. This bond chain (not shown) has a function as a spring in which the equilibrium length and the spring constant, which are the bond distances between the filler particles 11a and 12a, are defined, and constrains the filler particles 11a and 12a. .. The bond chain is a bond in which the relative positions of the filler particles 11a and 12a and the potential for generating a force by twisting, bending, etc. are defined. The first filler models 11 and 12 are numerical data (including the mass, volume, diameter and initial coordinates of the filler particles 11a and 12a) for handling the filler in molecular dynamics. The numerical data of the first filler models 11 and 12 is input to the computer.

ポリマーとしては、例えば、ゴム、樹脂、及びエラストマーなどが含まれる。ポリマー粒子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。また、ポリマー粒子21aは、複数のポリマー粒子21aが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。この変性剤としては、例えば、水酸基、カルボニル基、及び原子団の官能基などが含まれる。ポリマーモデル21は、複数のポリマー原子及び複数のポリマー原子の集合体であるポリマー粒子21aがモデル作成領域A内に所定密度で充填されてモデル化される。ポリマー粒子21aは、複数のポリマー粒子21a間の結合鎖21bによって結合されて相対位置が特定されている。この結合鎖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間を拘束している。結合鎖21bは、ポリマー粒子21aの相対位置及び捻り、曲げなどによって力が発生するポテンシャルが定義されているボンドである。また、結合鎖21bは、複数のポリマー粒子が直列状に連結されてなるポリマーモデル21間にも架橋結合(不図示)として結合されている。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. Further, in the polymer particles 21a, a plurality of polymer particles 21a are aggregated to form a polymer particle group. The polymer is optionally blended with a denaturing agent that enhances the affinity with the filler. Examples of the modifier include a hydroxyl group, a carbonyl group, a functional group of an atomic group, and the like. The polymer model 21 is modeled by filling the modeling region A with polymer particles 21a, which is an aggregate of a plurality of polymer atoms and a plurality of polymer atoms, at a predetermined density. The polymer particles 21a are bound by a bonding chain 21b between the plurality of polymer particles 21a, and their relative positions are specified. The bond chain 21b has a function as a spring in which an equilibrium length and a spring constant, which are bond distances between the polymer particles 21a, are defined, and constrains the polymer particles 21a. The bond chain 21b is a bond in which the relative position of the polymer particles 21a and the potential for generating a force by twisting, bending, or the like are defined. Further, the bonding chain 21b is also bonded as a cross-linked bond (not shown) between the polymer models 21 in which a plurality of polymer particles are connected in series. 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、図3〜図6を参照して、本実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法について詳細に説明する。図3〜図6は、本実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法の一例を示す説明図である。なお、図3〜図6においては、図2に示した第1フィラーモデル11の近傍の領域を拡大して示している。 Next, with reference to FIGS. 3 to 6, a method for creating an analysis model of the composite material according to the present embodiment will be described in detail. 3 to 6 are explanatory views showing an example of a method for creating an analysis model of a composite material according to the present embodiment. In addition, in FIGS. 3 to 6, the region in the vicinity of the first filler model 11 shown in FIG. 2 is enlarged and shown.

第1ステップST11では、図3に示すように、複数のフィラー粒子11aが集合してモデル化された第1フィラーモデル11及び複数のポリマー粒子21aが結合鎖21bを介して連結されてモデル化されたポリマーモデル21を含む複合材料モデルを作成する。図3に示す例では、第1フィラーモデル11から離れた領域に2つのポリマーモデル21Aが配置され、第1フィラーモデル11の近傍の領域に2つのポリマーモデル21Bが配置される。 In the first step ST11, as shown in FIG. 3, the first filler model 11 in which a plurality of filler particles 11a are assembled and modeled, and the plurality of polymer particles 21a are linked and modeled via a binding chain 21b. A composite material model including the polymer model 21 is created. In the example shown in FIG. 3, the two polymer models 21A are arranged in a region away from the first filler model 11, and the two polymer models 21B are arranged in a region near the first filler model 11.

次に、第2ステップST12では、図4に示すように、第1フィラーモデル11周囲の領域に相互作用設定領域A11を設定する。これにより、図4に示す例では、第1フィラーモデル11から離れた領域に配置された2つのポリマーモデル21Aが相互作用設定領域A11の範囲外となり、第1フィラーモデル11の近傍に配置された2つのポリマーモデル21Bが相互作用設定領域A11の範囲内となる。 Next, in the second step ST12, as shown in FIG. 4, the interaction setting region A11 is set in the region around the first filler model 11. As a result, in the example shown in FIG. 4, the two polymer models 21A arranged in the region away from the first filler model 11 are out of the range of the interaction setting region A11 and are arranged in the vicinity of the first filler model 11. The two polymer models 21B fall within the interaction setting region A11.

相互作用設定領域A11は、第1フィラーモデル11の中心から所定距離内の領域に設定してもよく、第1フィラーモデル11の表面から所定距離内(例えば、第1フィラーモデル11表面のフィラー粒子11aとポリマーモデル21との間の最短距離)内の領域に設定してもよい。相互作用設定領域A11は、例えば、第1フィラーモデル11の近傍の領域に設定される。また、相互作用設定領域A11は、複合材料の解析用モデル1を用いた解析精度を向上する観点から、第1フィラーモデル11とポリマーモデル21との間の相互作用の影響範囲内に設定することが好ましい。 The interaction setting region A11 may be set in a region within a predetermined distance from the center of the first filler model 11, and the filler particles within a predetermined distance from the surface of the first filler model 11 (for example, the filler particles on the surface of the first filler model 11). It may be set in the region within (the shortest distance between 11a and the polymer model 21). The interaction setting region A11 is set, for example, in a region near the first filler model 11. Further, the interaction setting region A11 should be set within the range of influence of the interaction between the first filler model 11 and the polymer model 21 from the viewpoint of improving the analysis accuracy using the composite material analysis model 1. Is preferable.

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11aとポリマー粒子12a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11a及びポリマー粒子12a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。例えば、ポリマー粒子Aとフィラー粒子の相互作用とポリマー粒子Bとフィラー粒子の相互作用とは異なる相互作用を設定してもよい。 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 11a and the polymer particles 12a, and is not necessarily set between all the filler particles 11a and the polymer particles 12a. It is not necessary to set the polymer particles 12a. 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. For example, an interaction different between the interaction between the polymer particles A and the filler particles and the interaction between the polymer particles B and the filler particles may be set.

次に、第3ステップST13では、図5に示すように、相互作用設定領域A11内のポリマー粒子21aを相互作用設定粒子21cとして抽出する。図5に示す例では、相互作用設定領域A11内に配置された2つのポリマーモデル21Bの全てのポリマー粒子21aを相互作用設定粒子21cとして抽出している。なお、相互作用設定粒子21cとしては、相互作用設定領域A11内に配置された一部のポリマー粒子21bを抽出してもよい。このように、ポリマー粒子21aを相互作用設定粒子21cとして抽出することにより、ポリマーモデル21に相互作用を設定することができるので、フィラー周囲に存在するポリマー粒子の相互作用が複合材料の材料特性に及ぼす影響を正確に解析可能な解析用モデルを作成できる。 Next, in the third step ST13, as shown in FIG. 5, the polymer particles 21a in the interaction setting region A11 are extracted as the interaction setting particles 21c. In the example shown in FIG. 5, all the polymer particles 21a of the two polymer models 21B arranged in the interaction setting region A11 are extracted as the interaction setting particles 21c. As the interaction setting particles 21c, some polymer particles 21b arranged in the interaction setting region A11 may be extracted. By extracting the polymer particles 21a as the interaction setting particles 21c in this way, the interaction can be set in the polymer model 21, so that the interaction of the polymer particles existing around the filler becomes the material property of the composite material. It is possible to create an analysis model that can accurately analyze the effects.

次に、第4ステップST14では、図6に示すように、相互作用設定粒子21cを介して相互作用設定領域A1内のポリマー粒子21aに相互作用を設定して複合材料の解析用モデル1を作成する。ここでは、ポリマー粒子21aに設定する相互作用としては、例えば、上述した第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同様のものが用いられる。なお、図6に示す例では、各ポリマー粒子21a間に引力を設定して各ポリマー粒子21aが互いに引き付け合うように相互作用を設定した例を示しているが、各ポリマー粒子21a間に設定する相互作用は、斥力であってもよく、分子間力及び水素結合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であってもよい。 Next, in the fourth step ST14, as shown in FIG. 6, an interaction is set with the polymer particles 21a in the interaction setting region A1 via the interaction setting particles 21c, and a model 1 for analysis of the composite material is created. To do. Here, as the interaction set on the polymer particles 21a, for example, the same interaction as the interaction between the first filler model 11 and the polymer model 21 described above is used. In the example shown in FIG. 6, an attractive force is set between the polymer particles 21a and the interaction is set so that the polymer particles 21a attract each other. However, it is set between the polymer particles 21a. The interaction may be a repulsive force, a chemical interaction such as an intermolecular force and a hydrogen bond, or a physical interaction such as a covalent bond.

各ポリマー粒子21aに設定する相互作用としては、第1フィラーモデル11の周囲のポリマーモデル21群が収縮した状態の材料特性を解析することが可能となる観点から、引力が好ましい。 As the interaction set for each polymer particle 21a, an attractive force is preferable from the viewpoint that it is possible to analyze the material properties of the polymer model 21 group around the first filler model 11 in a contracted state.

以上説明したように、本実施の形態によれば、相互証設定領域A11内で抽出した相互作用設定粒子21cを介して、相互作用設定領域A11内のポリマー粒子間に相互作用を設定できるので、相互作用設定領域A11内のポリマーモデル21間に任意の相互作用を設定できる。これにより、複合材料の解析用モデル1の作成方法は、第1フィラーモデル11の周囲のポリマーモデル21間の斥力及び引力などの相互作用を任意に調整することができるので、フィラー周囲のポリマー間の相互作用が材料特性に及ぼす影響を解析可能な複合材料の解析用モデルを作成できる。 As described above, according to the present embodiment, the interaction can be set between the polymer particles in the interaction setting region A11 via the interaction setting particles 21c extracted in the interaction setting region A11. Any interaction can be set between the polymer models 21 within the interaction setting region A11. As a result, in the method of creating the model 1 for analysis of the composite material, the interaction such as repulsive force and attractive force between the polymer models 21 around the first filler model 11 can be arbitrarily adjusted, so that the interactions between the polymers around the filler can be arbitrarily adjusted. It is possible to create a model for analysis of composite materials that can analyze the effect of the interaction of the above on the material properties.

(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、以下においては、上述した第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。また、上述した第1の実施の形態と共通する構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the following, the differences from the above-described first embodiment will be mainly described. Further, the components common to the above-described first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

図7は、本発明の第2の実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法の概略を示すフロー図である。図7に示すように、本実施の形態に係る解析用モデルの作成方法は、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モデルを作成する第1ステップST21と、ポリマーモデルを架橋解析により架橋する第2ステップST22と、フィラーモデルの周囲に相互作用設定領域を設定する第3ステップST23と、相互作用設定領域内のポリマー粒子を相互作用設定粒子として抽出する第4ステップST24と、相互作用設定粒子を介して相互作用設定領域内のポリマー粒子に相互作用を設定して複合材料の解析用モデルを作成する第5ステップST25とを含む。 FIG. 7 is a flow chart showing an outline of a method for creating an analysis model of a composite material according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the method for creating an analysis model according to the present embodiment is a composite material model 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. The first step ST21 for creating the polymer model, the second step ST22 for cross-linking the polymer model by cross-linking analysis, the third step ST23 for setting the interaction setting region around the filler model, and the polymer particles in the interaction setting region. The fourth step ST24 of extracting as the interaction setting particles and the fifth step ST25 of creating an analysis model of the composite material by setting the interaction with the polymer particles in the interaction setting region via the interaction setting particles. Including.

次に、図8〜図11を参照して、本実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法について詳細に説明する。図8〜図11は、本実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法の一例を示す説明図である。なお、図8〜図11においては、図2に示した第1フィラーモデル11の近傍の領域を拡大して示している。 Next, with reference to FIGS. 8 to 11, a method for creating an analysis model of the composite material according to the present embodiment will be described in detail. 8 to 11 are explanatory views showing an example of a method for creating an analysis model of a composite material according to the present embodiment. In addition, in FIGS. 8 to 11, the area in the vicinity of the first filler model 11 shown in FIG. 2 is enlarged and shown.

第1ステップST21では、上述した第1の実施の形態と同様に、第1フィラーモデル11及びポリマーモデル21を含む複合材料モデルを作成する。 In the first step ST21, a composite material model including the first filler model 11 and the polymer model 21 is created in the same manner as in the first embodiment described above.

次に、第2ステップST22では、作成したポリマーモデル21に架橋解析などにより架橋結合21eを作成する。図8に示す例では、第1フィラーモデル11から離れた領域の一対のポリマーモデル21Aの間に2つの架橋結合21eが形成され、第1フィラーモデル11の近傍の領域の一対のポリマーモデル21Bの間に2つの架橋結合21eが形成される。 Next, in the second step ST22, a crosslinked bond 21e is created in the produced polymer model 21 by crosslink analysis or the like. In the example shown in FIG. 8, two crosslinked bonds 21e are formed between the pair of polymer models 21A in the region away from the first filler model 11, and the pair of polymer models 21B in the region near the first filler model 11 Two crosslinked bonds 21e are formed between them.

次に、第3ステップST23では、図9に示すように、上述した第1の実施の形態と同様に、第1フィラーモデル11の周囲の領域に相互作用設定領域A11を設定する。 Next, in the third step ST23, as shown in FIG. 9, the interaction setting region A11 is set in the region around the first filler model 11 as in the first embodiment described above.

次に、第4ステップST24では、図10に示すように、上述した第1の実施の形態と同様に、相互作用設定領域A11内のポリマー粒子21aを相互作用設定粒子21cとして抽出する。 Next, in the fourth step ST24, as shown in FIG. 10, the polymer particles 21a in the interaction setting region A11 are extracted as the interaction setting particles 21c, as in the first embodiment described above.

次に、第5ステップST25では、図11に示すように、上述した第1の実施の形態と同様に、相互作用設定粒子21cと相互作用設定粒子21cの周囲に存在する粒子間に相互作用を設定して複合材料の解析用モデル1を作成する。これにより、ポリマーモデル21A,21Bがそれぞれ架橋結合21eによって連結された状態で、第1フィラーモデル11の近傍の相互作用設定領域A11内のポリマー粒子21aに相互作用が設定される。 Next, in the fifth step ST25, as shown in FIG. 11, the interaction between the interaction setting particles 21c and the particles existing around the interaction setting particles 21c is caused in the same manner as in the first embodiment described above. Set and create model 1 for analysis of composite material. As a result, the interaction is set in the polymer particles 21a in the interaction setting region A11 in the vicinity of the first filler model 11 in a state where the polymer models 21A and 21B are respectively connected by the cross-linking bond 21e.

なお、上記実施の形態においては、解析用モデル1の作成直後に架橋解析を実行して架橋結合21eを作成する例について説明したが、架橋結合21eは、相互作用設定粒子21cを介した相互作用を設定する前であれば、必ずしも解析用モデル1の作成直後に作成する必要はない。 In the above embodiment, an example in which the cross-linking analysis is executed immediately after the creation of the analysis model 1 to create the cross-linking bond 21e has been described, but the cross-linking bond 21e interacts via the interaction setting particles 21c. It is not always necessary to create the model 1 for analysis immediately after creating the model 1 before setting.

図12A及び図12Bは、本実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法におけるポリマーモデル12の結合密度と相互作用の説明図である。本実施の形態では、図12Aに示すように、第1フィラーモデル11及びポリマーモデル21がモデル作成領域A内に作成された後、ポリマーモデル21が架橋結合21eを介して略均一な結合密度で連結される。そして、図12Bに示すように、第1フィラーモデル11の周囲に設定された相互作用設定領域A11内のポリマー粒子21aに相互作用が設定される。これにより、複合材料の解析用モデルの作成方法は、モデル作成領域A内の相互作用設定領域A11外に対して、第1フィラーモデル11の周囲の相互作用設定領域A11内が、ポリマー粒子21aの相互作用に基づくポリマーモデル21が収縮した環境となるので、フィラー周囲のポリマー間の相互作用が材料特性に及ぼす影響を解析可能な複合材料の解析用モデル1を作成できる。 12A and 12B are explanatory views of the bond density and interaction of the polymer model 12 in the method for creating an analysis model of the composite material according to the present embodiment. In this embodiment, as shown in FIG. 12A, after the first filler model 11 and the polymer model 21 are created in the model creation region A, the polymer model 21 is formed with a substantially uniform bond density via the crosslinks 21e. Be connected. Then, as shown in FIG. 12B, the interaction is set in the polymer particles 21a in the interaction setting region A11 set around the first filler model 11. As a result, in the method of creating the analysis model of the composite material, the polymer particles 21a are formed in the interaction setting region A11 around the first filler model 11 with respect to the outside of the interaction setting region A11 in the model creation region A. Since the interaction-based polymer model 21 becomes a contracted environment, it is possible to create a composite material analysis model 1 capable of analyzing the effect of the interaction between the polymers around the filler on the material properties.

以上説明したように、上記実施の形態によれば、架橋結合21eを介してポリマーモデル11を予め架橋した状態で第1フィラーモデル11の周囲のポリマーモデル12の相互作用を設定できるので、フィラー周囲のポリマーモデルの相互作用が材料特性に及ぼす影響をより正確に解析可能な複合材料の解析用モデルを作成できる。 As described above, according to the above embodiment, the interaction of the polymer model 12 around the first filler model 11 can be set in a state where the polymer model 11 is preliminarily crosslinked via the cross-linking bond 21e. It is possible to create a model for analysis of composite materials that can more accurately analyze the effect of the interaction of the polymer models of the above on the material properties.

次に、本実施の形態に係る複合材料の解析方法について説明する。本実施の形態に係る複合材料の解析方法は、上記各実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法で作成した複合材料の解析用モデルを用いて分子動力学法による運動解析を実行して物理量を取得するものである。運動解析としては、例えば、伸張解析、せん断解析などの変形解析及び緩和解析などが挙げられる。これらの運動解析で取得する物理量は、運動解析の結果得られた変位などの値を用いてもよく、所定の演算処理を実行した歪みであってもよい。これらの中でも、運動解析としては、複合材料のコンパウンドの力学特性を解析可能となる観点から、変形解析が好ましい。また、複合材料の解析方法においては、運動解析の実行中に、相互作用設定粒子21cを相互作用設定領域A11内の他のポリマー粒子21aに変更することが好ましい。 Next, a method for analyzing the composite material according to the present embodiment will be described. In the composite material analysis method according to the present embodiment, the motion analysis by the molecular dynamics method is executed using the composite material analysis model created by the method for creating the composite material analysis model according to each of the above embodiments. To obtain the physical quantity. Examples of the motion analysis include deformation analysis and relaxation analysis such as extension analysis and shear analysis. As the physical quantity acquired by these motion analyzes, a value such as displacement obtained as a result of the motion analysis may be used, or a strain obtained by executing a predetermined arithmetic process may be used. Among these, as the motion analysis, deformation analysis is preferable from the viewpoint of being able to analyze the mechanical properties of the compound of the composite material. Further, in the method of analyzing the composite material, it is preferable to change the interaction setting particles 21c to other polymer particles 21a in the interaction setting region A11 during the execution of the motion analysis.

図13A〜図13Cは、本実施の形態に係る複合材料の運動解析の説明図である。なお、図13Aに示す例では、相互作用設定領域A11内の2つのポリマーモデル21B−1,21B−2が存在し、一方のポリマーモデル21B−2の全てのポリマー粒子21aを相互作用設定粒子21cとして抽出し、他方のポリマーモデル21B−1の全てをポリマー粒子21aとした状態を示している。図13Bを示すように、図13Aの状態から運動解析を実行すると、一方のポリマーモデル21B−2が相互作用設定領域A11外に移動し、他方のポリマーモデル21B−1が相互作用設定領域A11内に残存し、相互作用設定領域A11外の相互作用設定粒子21cを介して相互作用を設定しても、所望の解析結果が得られない場合がある。このような場合には、図13Cに示すように、一方のポリマーモデル21B−1の全ての相互作用設定粒子21cをポリマー粒子21aとし、他方のポリマーモデル21B−2の全てのポリマー粒子21aを相互作用設定粒子21cとして再抽出することにより、相互作用設定領域A11内の相互作用設定粒子21cを介して相互作用を設定することにより、再現性の良い解析結果を得ることが可能となる。 13A to 13C are explanatory views of motion analysis of the composite material according to the present embodiment. In the example shown in FIG. 13A, there are two polymer models 21B-1,21B-2 in the interaction setting region A11, and all the polymer particles 21a of one polymer model 21B-2 are used as the interaction setting particles 21c. The other polymer model 21B-1 is shown as polymer particles 21a. As shown in FIG. 13B, when the motion analysis is performed from the state of FIG. 13A, one polymer model 21B-2 moves out of the interaction setting region A11 and the other polymer model 21B-1 moves in the interaction setting region A11. Even if the interaction is set via the interaction setting particles 21c outside the interaction setting region A11, the desired analysis result may not be obtained. In such a case, as shown in FIG. 13C, all the interaction setting particles 21c of one polymer model 21B-1 are set as polymer particles 21a, and all the polymer particles 21a of the other polymer model 21B-2 are used as mutual. By re-extracting as the action setting particles 21c, it is possible to obtain an analysis result with good reproducibility by setting the interaction via the interaction setting particles 21c in the interaction setting region A11.

相互作用設定粒子21cの再抽出は、例えば、解析時間中で連続的に再抽出してもよく、予め設定された所定の解析時間毎に段階的に再抽出してもよい。また、相互作用設定粒子21cの再抽出は、第1フィラーモデル11の表面から相互作用設定粒子21cが所定距離離れた場合に実行してもよい。このように、相互作用設定粒子21cを再抽出することにより、運動解析時に相互作用設定粒子21cが相互作用設定領域A11外に移動した場合であっても、複合材料の解析用モデル1を用いた運動解析の再現性が向上する。 The re-extraction of the interaction setting particles 21c may be, for example, continuously re-extracted during the analysis time, or may be re-extracted stepwise at predetermined analysis times set in advance. Further, the re-extraction of the interaction setting particles 21c may be performed when the interaction setting particles 21c are separated from the surface of the first filler model 11 by a predetermined distance. By re-extracting the interaction setting particles 21c in this way, even when the interaction setting particles 21c moved out of the interaction setting region A11 during the motion analysis, the composite material analysis model 1 was used. The reproducibility of motion analysis is improved.

このように、本実施の形態に係る複合材料の解析方法によれば、相互作用設定領域A11内のポリマーモデル11間に任意の相互作用を設定した解析用モデル1を用いるので、第1フィラーモデル11の周囲のポリマーモデル21の相互作用を任意に調整することができ、フィラー周囲のポリマー間の相互作用が材料特性に及ぼす影響を解析可能となる。 As described above, according to the composite material analysis method according to the present embodiment, since the analysis model 1 in which an arbitrary interaction is set between the polymer models 11 in the interaction setting region A11 is used, the first filler model The interaction of the polymer model 21 around 11 can be arbitrarily adjusted, and the effect of the interaction between the polymers around the filler on the material properties can be analyzed.

次に、本実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法、複合材料の解析用モデルの作成用コンピュータプログラム、複合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14は、本実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法及び複合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, a method for creating a model for analyzing a composite material, a computer program for creating a model for analyzing a composite material, a method for analyzing a composite material, and a computer program for analyzing a composite material according to the present embodiment will be described in more detail. .. FIG. 14 is a functional block diagram of an analysis device that executes a method for creating an analysis model for a composite material and a method for analyzing a composite material according to the present embodiment.

図14に示すように、本実施の形態に係る複合材料の解析方法は、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. 14, the method of analyzing the composite material 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 into 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ーの初期条件の設定を行う。また、モデル作成部52aは、第1フィラーモデル11周囲の相互作用設定領域A11の設定、相互作用設定粒子21cを介してポリマー粒子21aへの相互作用の設定及びポリマーモデル21の架橋による架橋結合21eの作成などの架橋解析などを実行する。 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. In addition, the model creation unit 52a sets the interaction setting region A11 around the first filler model 11, sets the interaction with the polymer particles 21a via the interaction setting particles 21c, and crosslinks the polymer model 21 by cross-linking 21e. Perform cross-linking analysis such as creation of.

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ーとしては、下記式(1)で表されるレナード・ジョーンズポテンシャルのσ、εを用い、これらが調整される。ポテンシャルを計算する上限距離(カットオフ距離)を大きくすることで、遠距離まで働いた引力、斥力を調整できる。なお、フィラー粒子11a間の相互作用及びポリマー粒子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ーを小さくすることが好ましい。レナード・ジョーンズポテンシャルのσ、εを大きな値から徐々に本来の値に近づけることにより、分子を不自然な状態に導かない穏やかな速度で粒子の接近を行うことができる。また、カットオフ距離も徐々に小さくすることにより、適正な範囲で引力、斥力を調整できる。 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 0006834182
Figure 0006834182

条件設定部52bは、変温解析及び変圧解析などの数値解析及び伸張解析、せん断解析などの変形解析及び緩和解析などの運動解析などの各種解析条件を設定する。 The condition setting unit 52b sets various analysis conditions such as numerical analysis such as temperature change analysis and transformation analysis, extension analysis, deformation analysis such as shear analysis, and motion analysis such as relaxation analysis.

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解析用モデル1の各種数値解析を実行する。また、解析部52は、モデル作成部52aによって作成された複合材料の解析用モデル1を用いて分子動力学法による運動解析を実行して物理量を取得する。ここでは、解析部52cは、運動解析として、伸張解析、せん断解析などの変形解析及び緩和解析などを実行する。また、解析部52cは、運動解析の結果得られた変位などの値又は得られた値に所定の演算処理を実行した歪みなどの物理量を取得する。 The analysis unit 52c executes various numerical analyzes of the analysis model 1 based on the analysis conditions set by the condition setting unit 52b. Further, the analysis unit 52 acquires a physical quantity by executing a motion analysis by a molecular dynamics method using the analysis model 1 of the composite material created by the model creation unit 52a. Here, the analysis unit 52c executes deformation analysis such as extension analysis and shear analysis, relaxation analysis, and the like as motion analysis. Further, the analysis unit 52c acquires a value such as a displacement obtained as a result of the motion analysis or a physical quantity such as a strain obtained by executing a predetermined arithmetic process on the obtained value.

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 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 memories, which are possible recording media, are 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歪み曲線及び本実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法、複合材料の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、本実施の形態に係る複合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 composite material, etc. are stored. There is. This computer program may be capable of realizing the method for analyzing a composite material according to the present embodiment in combination with a computer program already recorded in a computer or a 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あってもよい。例えば、解析装置50は、入出力装置51を備えた端末装置から通信により処理部52及び記憶部54にアクセスするものであってもよい。 The display means 55 is, for example, a display device such as a liquid crystal display device. The storage unit 54 may be located 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1を参照して、本実施の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法についてより詳細に説明する。 Next, with reference to FIG. 1 again, a method of creating an analysis model of the composite material according to the present embodiment will be described in more detail.

図1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内にポリマー粒子21a及び結合鎖21bを含む未架橋のポリマーモデル21を作成すると共にフィラー粒子11aを含む第1フィラーモデル11を作成する(ステップST11)。未架橋のポリマーモデル21は、図2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、ポリマーモデル21及び第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。また、モデル作成部52aは、作成したポリマーモデル21に架橋解析により架橋結合21eを導入してもよい。 As shown in FIG. 1, the model creation unit 52a creates an uncrosslinked polymer model 21 containing the polymer particles 21a and the binding chain 21b in the predetermined model creation region A, and the first filler model 11 including the filler particles 11a. Is created (step ST11). As shown in FIG. 2, 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. 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 creates the polymer model 21 and the first filler model in the model creation area A for creating the analysis model of the composite material set in the calculation area after the initial condition setting and the calculation process of the equilibrium. 11 is created. Further, the modeling 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. In addition, the model creation unit 52a may introduce the cross-linking bond 21e into the produced polymer model 21 by cross-linking analysis.

次に、モデル作成部52aは、第1フィラーモデル11の周囲に相互作用設定領域A11を設定する(ステップST12)。ここでは、モデル作成部52aは、第1フィラーモデル11の中心からの距離に基づいて相互作用設定領域A11を設定してもよく、第1フィラーモデル11の表面からの距離に基づいて相互作用設定領域A11を設定してもよく、第1フィラーモデル11とポリマーモデル21の相互作用の影響範囲に相互作用設定領域A11を設定してもよい。 Next, the model creation unit 52a sets the interaction setting region A11 around the first filler model 11 (step ST12). Here, the model creation unit 52a may set the interaction setting region A11 based on the distance from the center of the first filler model 11, and the interaction setting region 52a may set the interaction based on the distance from the surface of the first filler model 11. The region A11 may be set, or the interaction setting region A11 may be set in the range of influence of the interaction between the first filler model 11 and the polymer model 21.

次に、モデル作成部52aは、相互作用設定領域A11内のポリマー粒子21aを相互作用設定粒子21cとして抽出する(ステップST13)。ここでは、モデル作成部52aは、相互作用設定領域A11内の全てのポリマー粒子21aを相互作用設定粒子21cとして抽出してもよく、相互作用設定領域A11内の一部のポリマー粒子21aを相互作用設定粒子21cとして抽出してもよい。 Next, the model creation unit 52a extracts the polymer particles 21a in the interaction setting region A11 as the interaction setting particles 21c (step ST13). Here, the model creation unit 52a may extract all the polymer particles 21a in the interaction setting region A11 as the interaction setting particles 21c, and interact with some of the polymer particles 21a in the interaction setting region A11. It may be extracted as set particles 21c.

次に、モデル作成部52aは、相互作用設定粒子21cを介して相互作用設定領域A11内のポリマー粒子21aに相互作用を設定して複合材料の解析用モデル1を作成する
(ステップST14)。ここでは、モデル作成部52aは、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を設定してもよい。
Next, the model creation unit 52a creates an analysis model 1 of the composite material by setting the interaction with the polymer particles 21a in the interaction setting region A11 via the interaction setting particles 21c (step ST14). Here, the model creation unit 52a may set a chemical interaction such as an intermolecular force and an attractive force such as a hydrogen bond and a repulsive force, and a physical interaction such as a covalent bond.

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歪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 model 1 for analysis of the composite material 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 position and number of the filler atom, the filler atom group, the filler particle 11a and the filler particle group, the filler particle number, and the position and number of the molecular chain of the polymer. , Polymer atom, polymer atomic group, position and number of polymer particles 21a and polymer particle group, polymer particle number, position and number of bond chain 21b, number of bond chain 21b, stress strain curve and conditions which are preset physical quantity history. Includes fixed values that do not change.

次に、解析部52cが、解析用モデル1に相互作用を設定して変温解析、変圧解析などの各種数値解析を実施する。解析部52cは、必要に応じて、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などを設定する。次に、解析部52cは、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、及びせん断解析などの変形解析などの各種運動解析を実行する。また、解析部52c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歪みなどの各種物理量を取得する。このような数値解析及び運動解析により、解析時間毎に変化する解析用モデル全体のポリマー分子の結合長及びポリマー粒子速度、架橋点間と自由末端の速度又は結合長、配向などの物理量などのセグメントの状態変化を表す数値と歪みとの関係、解析時間毎に変化するポリマー分子の結合長及びポリマー粒子速度などのセグメントの状態変化を表す数値と圧力又は解析時間との関係、及び解析時間毎に変化するポリマー分子の結合長及びポリマー粒子速度などのセグメントの状態変化を表す数値と温度又は解析時間との関係などを評価できるので、ポリマー分子の局所的な分子状態変化のより詳細な解析が可能となる。また、解析部52cは、運動解析の実行中に、相互作用設定粒子21cを相互作用設定領域A11内の他のポリマー粒子21aに再抽出して変更してもよい。次に、解析部52cは、次に、解析部52cは、解析した複合材料の解析結果を記憶部54に格納する。 Next, the analysis unit 52c sets an interaction in the analysis model 1 and performs various numerical analyzes such as temperature change analysis and transformation analysis. The analysis unit 52c, if necessary, for example, interacts between the filler particles 11a, between the polymer particles 21a, between the filler particles 11a and the polymer particles 21a, and the filler particles 11a and the polymer particles 21a are bonded by a binding chain. Set state interactions, etc. Next, the analysis unit 52c executes various motion analyzes such as relaxation analysis by molecular dynamics, extension analysis, and deformation analysis such as shear analysis using the composite material analysis model 1. Further, the analysis unit 52c 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. By such numerical analysis and motion analysis, segments such as bond length and polymer particle velocity of polymer molecules, velocity or bond length between cross-linking points and free ends, physical quantities such as orientation, etc. of the entire analytical model that change with each analysis time. The relationship between the numerical value representing the state change and strain, the relationship between the numerical value representing the state change of the segment such as the bond length of the polymer molecule and the polymer particle velocity that changes with each analysis time, and the pressure or analysis time, and each analysis time Since it is possible to evaluate the relationship between the temperature or the analysis time and the numerical value representing the state change of the segment such as the bond length of the changing polymer molecule and the polymer particle velocity, more detailed analysis of the local molecular state change of the polymer molecule is possible. It becomes. Further, the analysis unit 52c may re-extract and change the interaction setting particles 21c into other polymer particles 21a in the interaction setting region A11 during the execution of the motion analysis. Next, the analysis unit 52c, then, the analysis unit 52c stores the analysis result of the analyzed composite material in the storage unit 54.

(実施例)
次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
(Example)
Next, an example carried out for clarifying the effect of the present invention will be described. The present invention is not limited to the following examples.

本発明者らは、相互作用設定粒子21cを介して、第1フィラーモデル11周囲の相互作用設定領域A11内のポリマー粒子21aに強い相互作用を設定した第1解析用モデルと、第1解析用モデルに対して相対的に弱い相互作用を設定した第2解析用モデルと、相互作用設定領域A11内に相互作用設定粒子21cを設定しなかった第3解析用モデルとを作成し、作成した第1解析用モデル、第2解析用モデル及び第3解析用モデルの力学特性を調べた。以下、本発明者らが調べた内容について説明する。 The present inventors set a strong interaction with the polymer particles 21a in the interaction setting region A11 around the first filler model 11 via the interaction setting particles 21c, and a first analysis model for the first analysis. A second analysis model in which a relatively weak interaction is set with respect to the model and a third analysis model in which the interaction setting particles 21c are not set in the interaction setting region A11 are created and created. The mechanical properties of the 1st analysis model, the 2nd analysis model, and the 3rd analysis model were investigated. Hereinafter, the contents investigated by the present inventors will be described.

図15は、本発明の実施例に係る複合材料の解析用モデルの応力歪曲線を示す図である。図15に示すように、第1解析用モデル、第2解析用モデル及び第3解析用モデルの応力歪曲線を対比すると、応力の増大に伴う歪みの増大が、第1解析用モデル(実線L1参照)、第2解析用モデル(一点鎖線L2参照)、第3解析用モデル(点線L3)の順に小さくなることが分かる。この結果は、第1フィラーモデル11の周囲のポリマーモデル21の相互作用がが、第3解析用モデルに対して第2解析用モデルの方が大きく、第2解析用モデルに対して第1解析用モデルの方が大きかったために、相互作用が大きくなるにつれて、応力の増大に対して第1フィラーモデル11の周囲のポリマーモデル12が強く影響して歪みが増大したためと考えられる。 FIG. 15 is a diagram showing a stress strain curve of a model for analysis of a composite material according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 15, when the stress strain curves of the first analysis model, the second analysis model, and the third analysis model are compared, the increase in strain as the stress increases is the first analysis model (solid line L1). (See), the second analysis model (see the one-point chain line L2), and the third analysis model (dotted line L3), in that order. As a result, the interaction of the polymer model 21 around the first filler model 11 is larger in the second analysis model than in the third analysis model, and in the first analysis with respect to the second analysis model. It is probable that because the model was larger, the polymer model 12 around the first filler model 11 strongly influenced the increase in stress as the interaction increased, and the strain increased.

このように、上述した実施例によれば、第1フィラーモデル11周囲のポリマーモデル21の相互作用を変化させることにより、変形解析の結果が変化することが分かるので、フィラー周囲の粒子の結合密度が材料特性に及ぼす影響を解析可能となることが分かる。 As described above, according to the above-described embodiment, it can be seen that the result of the deformation analysis is changed by changing the interaction of the polymer model 21 around the first filler model 11. Therefore, the bond density of the particles around the filler is changed. It can be seen that the effect of is on the material properties 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
21,21A,21B ポリマーモデル
21a ポリマー粒子
21b 結合鎖
21c 相互作用設定粒子
21e 架橋結合
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 相互作用設定領域
1 Analytical model 11 1st filler model 12 2nd filler model 11a, 12a Filler particles 21, 21A, 21B Polymer model 21a Polymer particles 21b Bonding chain 21c Interaction setting particles 21e Cross-linking 50 Analytical 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 Interaction setting area

Claims (8)

コンピュータを用いた分子動力学法による複合材料の解析用モデルの作成方法であって、
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複合材料モデルを作成する第1ステップと、
前記フィラーモデルの周囲に相互作用設定領域を設定する第2ステップと、
前記相互作用設定領域内のポリマー粒子を相互作用設定粒子として抽出する第3ステップと、
前記相互作用設定粒子を介して前記相互作用設定領域内のポリマー粒子に対して、前記相互作用設定領域内のポリマー粒子同士に作用する相互作用を設定して複合材料の解析用モデルを作成する第4ステップとを含むことを特徴とする、複合材料の解析用モデルの作成方法。
It is a method of creating a model for analysis of composite materials by molecular dynamics using a computer.
The first step in creating a composite material model that includes multiple polymer models that model the polymer with multiple polymer particles and multiple filler models that model the fillers,
The second step of setting the interaction setting area around the filler model and
The third step of extracting the polymer particles in the interaction setting region as the interaction setting particles, and
A model for analyzing a composite material is created by setting the interaction between the polymer particles in the interaction setting region with respect to the polymer particles in the interaction setting region via the interaction setting particles. A method for creating a model for analysis of a composite material, which comprises four steps.
さらに、前記ポリマーモデルを架橋させるステップを含む、請求項1に記載の複合材料の解析用モデルの作成方法。 The method for creating a model for analysis of a composite material according to claim 1, further comprising a step of cross-linking the polymer model. 前記相互作用が、引力である、請求項1又は請求項2に記載の複合材料の解析用モデルの作成方法。 The method for creating a model for analysis of a composite material according to claim 1 or 2, wherein the interaction is an attractive force. 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の複合材料の解析用モデルの作成方法をコンピュータに実行させることを特徴とする、複合材料の解析用モデルの作成用コンピュータプログラム。 A computer program for creating a model for analysis of a composite material, which comprises causing a computer to execute the method for creating an analysis model for a composite material according to any one of claims 1 to 3. 請求項1から請求項のいずれか1項に記載の複合材料の解析用モデルの作成方法で作成した複合材料の解析用モデルを用いて分子動力学法により、前記ポリマー粒子及び前記フィラーを移動させる運動解析を実行して物理量を取得することを特徴とする、複合材料の解析方法。 The polymer particles and the filler are moved by a molecular dynamics method using the composite material analysis model created by the method for creating a composite material analysis model according to any one of claims 1 to 3. A method for analyzing a composite material, which comprises performing a motion analysis to obtain a physical quantity. 前記運動解析の実行中に、前記相互作用設定粒子を前記相互作用設定領域内の他のポリマー粒子に変更する、請求項5に記載の複合材料の解析方法。 The method for analyzing a composite material according to claim 5, wherein the interaction setting particles are changed to other polymer particles in the interaction setting region during the execution of the motion analysis. 前記運動解析が、変形解析である、請求項6に記載の複合材料の解析方法。 The method for analyzing a composite material according to claim 6, wherein the motion analysis is a deformation analysis. 請求項6又は請求項7に記載の複合材料の解析方法をコンピュータに実行させることを特徴とする、複合材料の解析用コンピュータプログラム。 A computer program for analyzing a composite material, which comprises causing a computer to execute the method for analyzing the composite material according to claim 6 or 7.
JP2016116026A 2016-06-10 2016-06-10 Composite material analysis model creation method, composite material analysis model creation computer program, composite material analysis method and composite material analysis computer program Active JP6834182B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016116026A JP6834182B2 (en) 2016-06-10 2016-06-10 Composite material analysis model creation method, composite material analysis model creation computer program, composite material analysis method and composite material analysis computer program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016116026A JP6834182B2 (en) 2016-06-10 2016-06-10 Composite material analysis model creation method, composite material analysis model creation computer program, composite material analysis method and composite material analysis computer program

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017219503A JP2017219503A (en) 2017-12-14
JP6834182B2 true JP6834182B2 (en) 2021-02-24

Family

ID=60656144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016116026A Active JP6834182B2 (en) 2016-06-10 2016-06-10 Composite material analysis model creation method, composite material analysis model creation computer program, composite material analysis method and composite material analysis computer program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6834182B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7164343B2 (en) * 2018-07-20 2022-11-01 Toyo Tire株式会社 Methods, systems and programs for generating dynamically crosslinked thermoplastic elastomer models

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080147360A1 (en) * 2006-10-16 2008-06-19 Anthony Peter Fejes System and method for simulating the time-dependent behaviour of atomic and/or molecular systems subject to static or dynamic fields
JP5592921B2 (en) * 2012-06-21 2014-09-17 住友ゴム工業株式会社 Method for simulating polymer materials
JP6294613B2 (en) * 2013-09-11 2018-03-14 住友ゴム工業株式会社 Method for simulating polymer materials
JP6166639B2 (en) * 2013-10-18 2017-07-19 住友ゴム工業株式会社 How to create a composite simulation model
JP6266419B2 (en) * 2014-04-16 2018-01-24 東洋ゴム工業株式会社 Polymer property value calculation apparatus, property value calculation method, and computer program.
JP6283267B2 (en) * 2014-06-09 2018-02-21 住友ゴム工業株式会社 Method for simulating polymer materials
JP6500360B2 (en) * 2014-07-24 2019-04-17 横浜ゴム株式会社 Method of creating model for analysis of specific substance, computer program for creation of model for analysis of specific substance, simulation method of specific substance, and computer program for simulation of specific substance
JP6492439B2 (en) * 2014-07-24 2019-04-03 横浜ゴム株式会社 Method for creating model for analyzing specific substance, computer program for creating model for analyzing specific substance, simulation method for specific substance, and computer program for simulating specific substance
JP6492440B2 (en) * 2014-07-24 2019-04-03 横浜ゴム株式会社 Evaluation method of analysis result of specific substance, computer program for evaluation of analysis result of specific substance, analysis method of specific substance, simulation method of specific substance, and computer program for simulation of specific substance
JP6360392B2 (en) * 2014-09-04 2018-07-18 住友ゴム工業株式会社 Method for simulating polymer materials

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017219503A (en) 2017-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6492439B2 (en) Method for creating model for analyzing specific substance, computer program for creating model for analyzing specific substance, simulation method for specific substance, and computer program for simulating specific substance
JP2017129977A (en) Method of analysis of composite material and computer program for analysis of composite material
JP6708002B2 (en) Composite material analysis method and computer program for composite material analysis
JP7243442B2 (en) Composite material analysis method and computer program for composite material analysis
JP6613724B2 (en) Method for creating composite material analysis model, computer program for creating composite material analysis model, composite material simulation method, and composite material simulation computer program
JP6657679B2 (en) Method for analyzing composite material, computer program for analyzing composite material, method for evaluating analysis result of composite material, and computer program for evaluating analysis result for composite material
JP6759733B2 (en) Agglomerate model creation method, agglomerate model creation computer program, composite material analysis method and composite material analysis computer program
JP6492440B2 (en) Evaluation method of analysis result of specific substance, computer program for evaluation of analysis result of specific substance, analysis method of specific substance, simulation method of specific substance, and computer program for simulation of specific substance
WO2016013631A1 (en) Method for creating analysis model for specific substances, computer program for creating analysis model for specific substances, simulation method for specific substances, and computer program for simulation of specific substances
JP6958112B2 (en) Composite material analysis method and computer program for composite material analysis
JP6492438B2 (en) Method for creating model for analyzing specific substance, computer program for creating model for analyzing specific substance, simulation method for specific substance, and computer program for simulating specific substance
JP6834182B2 (en) Composite material analysis model creation method, composite material analysis model creation computer program, composite material analysis method and composite material analysis computer program
JP6464796B2 (en) Composite material analysis method, composite material analysis computer program, composite material analysis result evaluation method, and composite material analysis result evaluation computer program
JP6759737B2 (en) Method for creating a model for analysis of a composite material, computer program for creating a model for analysis of a composite material, method for analyzing a composite material, and computer program for analyzing a composite material
JP6484921B2 (en) Analysis method of specific substance and computer program for analysis
JP6746971B2 (en) Composite material analysis method and computer program for composite material analysis
JP6891548B2 (en) Composite material analysis model creation method, composite material analysis model creation computer program, composite material analysis method and composite material analysis computer program
JP7006219B2 (en) Analysis method of specific substance and computer program for analysis of specific substance
JP7056137B2 (en) Analysis method of specific substance and computer program for analysis of specific substance
JP7192464B2 (en) Composite material analysis method and computer program for composite material analysis
JP7056126B2 (en) Analysis method of specific substance and computer program for analysis of specific substance
JP6891549B2 (en) Composite material analysis method and computer program for composite material analysis
JP7024593B2 (en) Composite material analysis method and computer program for composite material analysis
JP6248501B2 (en) Analysis method of specific substance and computer program for analysis
JP7006220B2 (en) Analysis method of specific substance and computer program for analysis of specific substance

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190607

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200527

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200616

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200806

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201013

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201118

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210105

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210118

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6834182

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250