JP7024593B2 - Composite material analysis method and computer program for composite material analysis - Google Patents

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Description

本発明は、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、複合材料中に形成された高分子材料のネットワークを効率的に精度良く解析可能な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 analyzing a composite material and a computer program for analyzing the composite material, for example, a method for analyzing a composite material and a composite material capable of efficiently and accurately analyzing a network of polymer materials formed in the composite material. Regarding computer programs for analysis.

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

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

ところで、ポリマー及びフィラーを含むゴムなどの2種類以上の物質を含有する複合物質においては、フィラー間に存在するポリマーの結晶構造が伸び切っているか(以下、伸びきり鎖とも呼ぶ)、伸び切っていないかによって材料特性に影響を与えることが予測される。また、例えば、伸びきり鎖の長さが同じであっても、伸びきり鎖に状態(例えば、生じる力)によっても、材料特性が変化することが予測される。 By the way, in a composite substance containing two or more kinds of substances such as a polymer and rubber containing a filler, the crystal structure of the polymer existing between the fillers is fully extended (hereinafter, also referred to as a stretched chain). It is expected that the presence or absence will affect the material properties. Further, for example, even if the length of the stretched chain is the same, it is predicted that the material properties will change depending on the state (for example, the force generated) of the stretched chain.

しかしながら、従来の分子動力学法を用いた複合材料のシミュレーション方法では、フィラー間に存在するポリマーの結晶構造が伸びきり鎖であるか否かを判定することが困難であった。また、伸び切り鎖であることが判定できないため、伸びきり鎖の状態を評価することができない問題もあった。 However, in the conventional method for simulating a composite material using a molecular dynamics method, it is difficult to determine whether or not the crystal structure of the polymer existing between the fillers is a stretched chain. Further, there is a problem that the state of the stretched chain cannot be evaluated because it cannot be determined that the chain is stretched.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、フィラー間に存在するポリマーの結晶構造が伸びきり鎖であるか否かを判定し、その状態を評価可能な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 a method for analyzing a composite material capable of determining whether or not the crystal structure of the polymer existing between the fillers is a stretched chain and evaluating the state thereof. And to provide computer programs for the analysis of composite materials.

また、本発明は、伸びきり鎖であるか否かによらずフィラー間に存在するポリマーの結晶構造を評価可能な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。 Another object of the present invention is to provide a method for analyzing a composite material and a computer program for analyzing the composite material, which can evaluate the crystal structure of the polymer existing between the fillers regardless of whether or not the chain is a stretched chain. do.

本発明の複合材料の解析方法は、コンピュータを用いて分子動力学法により作成した複合材料の解析用モデルを用いた複合材料の解析方法であって、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の解析用モデルを作成する第1ステップと、前記ポリマーモデルを架橋解析により架橋させる第2ステップと、架橋解析後の前記解析用モデルに相互作用を設定して数値解析を実施する第3ステップと、数値解析後の前記解析用モデルの前記フィラーモデルの周囲に解析対象領域を設定する第4ステップと、第1フィラーモデルの周囲に設定された第1解析対象領域内に一部が存在する特定のポリマーモデルの粒子群に属する第1粒子と、前記第1フィラーモデルとは異なる第2フィラーモデルの周囲に設定された第2解析対象領域内に一部が存在する前記特定のポリマーモデルの粒子群に属する第2粒子との間のポリマー経路を抽出する第5ステップと、前記ポリマー経路において、隣接する2つのポリマー粒子との距離に基づいて、単位結合当たりに発生している力を算出する第6ステップと、前記単位結合当たりに発生している力に基づいて、前記ポリマー経路に発生している力を算出する第7ステップとを含むことを特徴とする。 The method for analyzing a composite material of the present invention is a method for analyzing a composite material using a model for analyzing the composite material created by a molecular dynamics method using a computer, and a plurality of polymers modeled with a plurality of polymer particles. The first step of creating an analysis model of a composite material including a plurality of filler models modeling the polymer model and the filler of the above, a second step of cross-linking the polymer model by cross-linking analysis, and the analysis after cross-linking analysis. The third step of setting the interaction in the model and performing the numerical analysis, the fourth step of setting the analysis target area around the filler model of the analysis model after the numerical analysis, and the periphery of the first filler model. The first particle belonging to the particle group of a specific polymer model having a part in the first analysis target region set in the above, and the second set around the second filler model different from the first filler model. A fifth step of extracting a polymer pathway from a second particle belonging to the particle group of the specific polymer model, which is partially present in the analysis target region, and two adjacent polymer particles in the polymer pathway. The sixth step of calculating the force generated per unit bond based on the distance, and the seventh step of calculating the force generated in the polymer pathway based on the force generated per unit bond. It is characterized by including steps.

本発明の複合材料の解析方法によれば、フィラー間経路の状態を評価することができる。このため、複合材料中に形成された高分子材料のネットワークを効率的に精度良く解析可能となる。これにより、複合材料の材料特性を高い精度で解析することが可能となるので、複合材料の変形に伴うエネルギーロスなどの材料特性(ヒステリシス)と複合材料のナノ構造のメカニズムとの関係をより一層明らかにすることができる。また、伸びきり鎖は、伸びきり鎖でない経路と比較して、切断される可能性が高いため、伸びきり鎖の数や伸びきり鎖の状態と、破断、切断などのメカニズムとの関係を一層明らかにすることができる。この結果、複合材料のマリンス効果及び応力の立ち上がりなどの詳細な解析をすることができる。 According to the composite material analysis method of the present invention, the state of the interfiller path can be evaluated. Therefore, the network of polymer materials formed in the composite material can be analyzed efficiently and accurately. This makes it possible to analyze the material properties of the composite material with high accuracy, so that the relationship between the material properties (hysteresis) such as energy loss due to the deformation of the composite material and the mechanism of the nanostructure of the composite material is further enhanced. Can be clarified. In addition, since the stretched chain is more likely to be cleaved than the non-stretched chain, the relationship between the number of stretched chains and the state of the stretched chain and the mechanism such as breakage and breakage is further enhanced. Can be clarified. As a result, detailed analysis of the Mullins effect and stress rise of the composite material can be performed.

前記ポリマー経路に発生している力は、前記単位結合当たりに発生している力と、前記ポリマー経路の長さとから算出することが好ましい。この解析方法によれば、ポリマー経路に発生している力をより精度よく算出することができる。これにより、伸びきり鎖の状態と、破断、切断などのメカニズムとの関係を一層明らかにすることができる。 The force generated in the polymer pathway is preferably calculated from the force generated per unit bond and the length of the polymer pathway. According to this analysis method, the force generated in the polymer pathway can be calculated more accurately. This makes it possible to further clarify the relationship between the state of the stretched chain and the mechanism such as breakage and breakage.

前記ポリマー経路の一端部から他端部までの末端間距離と、前記ポリマー経路の経路長とを算出し、前記末端間距離と、前記経路長さとに基づいて、前記ポリマー経路が伸びきり鎖であるか否かを判定し、前記ポリマー経路が前記伸びきり鎖であった場合にのみ、前記ポリマー経路に発生している力を算出することが好ましい。この解析方法によれば、伸びきり鎖は、伸びきり鎖でない経路と比較して、切断される可能性が高いため、伸びきり鎖の数や伸びきり鎖の状態と、破断、切断などのメカニズムとの関係を一層明らかにすることができる。 The distance between the ends of the polymer pathway from one end to the other end and the path length of the polymer pathway are calculated, and the polymer pathway is stretched out in a chain based on the distance between the ends and the path length. It is preferable to determine the presence or absence and calculate the force generated in the polymer pathway only when the polymer pathway is the stretched chain. According to this analysis method, the stretched chain is more likely to be cleaved than the non-stretched chain path, so the number of stretched chains, the state of the stretched chain, and the mechanism of breakage, breakage, etc. The relationship with can be further clarified.

前記伸びきり鎖が複数抽出された場合に、複数の前記伸びきり鎖に発生している力の総和を算出し、かつ複数の前記伸びきり鎖に発生している力の平均を算出することが好ましい。この解析方法によれば、解析用モデル全体に含まれる伸びきり鎖に発生している力の総和と、平均とを算出することができる。これにより、伸びきり鎖の状態と、破断、切断などのメカニズムとの関係を一層明らかにすることができる。 When a plurality of the stretched chains are extracted, the sum of the forces generated in the plurality of stretched chains can be calculated, and the average of the forces generated in the plurality of stretched chains can be calculated. preferable. According to this analysis method, it is possible to calculate the sum and the average of the forces generated in the stretched chain included in the entire analysis model. This makes it possible to further clarify the relationship between the state of the stretched chain and the mechanism such as breakage and breakage.

前記解析用モデルの特定の領域に基づいて、前記解析用モデル全体における前記伸びきり鎖の数及び前記伸びきり鎖に発生している力を算出することが好ましい。この解析方法によれば、大きな解析用モデルであっても、解析用モデルの特定領域に基づいて、解析用モデル全体の伸びきり鎖の数と伸びきり鎖の状態を評価することができる。 It is preferable to calculate the number of stretched chains and the force generated in the stretched chains in the entire analysis model based on a specific region of the analysis model. According to this analysis method, even if it is a large analysis model, it is possible to evaluate the number of stretched chains and the state of stretched chains in the entire analysis model based on a specific region of the analysis model.

本発明の複合材料の解析方法においては、前記解析用モデルの解析結果と、前記伸びきり鎖の数及び前記伸びきり鎖とを対応付けた時刻歴を算出することが好ましい。この解析方法によれば、解析過程での伸びきり鎖の数の変化と伸びきり鎖の状態の変化を確認することができる。 In the method for analyzing a composite material of the present invention, it is preferable to calculate the time history in which the analysis result of the analysis model is associated with the number of stretched chains and the stretched chains. According to this analysis method, it is possible to confirm the change in the number of stretched chains and the change in the state of stretched chains in the analysis process.

本発明の複合材料の解析方法においては、前記時刻歴を可視化して表示することが好ましい。この解析方法によれば、解析過程での伸びきり鎖の数の変化と伸びきり鎖の状態の変化を容易に確認することができる。 In the method for analyzing a composite material of the present invention, it is preferable to visualize and display the time history. According to this analysis method, it is possible to easily confirm the change in the number of stretched chains and the change in the state of stretched chains in the analysis process.

本発明の複合材料の解析方法においては、前記時刻歴のうち、第1解析時間の解析結果と、前記第1解析時間とは異なる第2解析時間の解析結果との差分を算出することが好ましい。この方法により、複合材料の材料特性を評価することができる。また、この方法により、複合材料の材料特性の変化と、伸びきり鎖の数の変化及び伸びきり鎖の状態の変化とを対応付けることができる。 In the method for analyzing a composite material of the present invention, it is preferable to calculate the difference between the analysis result of the first analysis time and the analysis result of the second analysis time different from the first analysis time in the time history. .. By this method, the material properties of the composite material can be evaluated. Further, by this method, it is possible to correlate the change in the material properties of the composite material with the change in the number of stretched chains and the state of the stretched chains.

本発明の複合材料の解析方法においては、前記解析用モデルの解析結果と、前記解析用モデルとはパラメータが異なる比較解析用モデルとの解析結果とを比較することが好ましい。この解析方法によれば、パラメータが、解析用モデルに含まれる伸び切り鎖の数と、伸びきり鎖の状態に与える影響を評価することができる。 In the method for analyzing a composite material of the present invention, it is preferable to compare the analysis result of the analysis model with the analysis result of the comparative analysis model having different parameters from the analysis model. According to this analysis method, it is possible to evaluate the influence of the parameter on the number of stretched strands included in the analysis model and the state of the stretched strands.

本発明の解析用コンピュータプログラムは、上記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 analysis computer program of the present invention is characterized in that the computer executes the above analysis method.

本発明の解析用コンピュータプログラムによれば、フィラー間経路の状態を評価することができる。このため、複合材料中に形成された高分子材料のネットワークを効率的に精度良く解析可能となる。これにより、複合材料の材料特性を高い精度で解析することが可能となるので、複合材料の変形に伴うエネルギーロスなどの材料特性(ヒステリシス)と複合材料のナノ構造のメカニズムとの関係をより一層明らかにすることができる。また、伸びきり鎖は、伸びきり鎖でない経路と比較して、切断される可能性が高いため、伸びきり鎖の数や伸びきり鎖の状態と、破断、切断などのメカニズムとの関係を一層明らかにすることができる。この結果、複合材料のマリンス効果及び応力の立ち上がりなどの詳細な解析をすることができる。 According to the computer program for analysis of the present invention, the state of the path between fillers can be evaluated. Therefore, the network of polymer materials formed in the composite material can be analyzed efficiently and accurately. This makes it possible to analyze the material properties of the composite material with high accuracy, so that the relationship between the material properties (hysteresis) such as energy loss due to the deformation of the composite material and the mechanism of the nanostructure of the composite material is further enhanced. Can be clarified. In addition, since the stretched chain is more likely to be cleaved than the non-stretched chain, the relationship between the number of stretched chains and the state of the stretched chain and the mechanism such as breakage and breakage is further enhanced. Can be clarified. As a result, detailed analysis of the Mullins effect and stress rise of the composite material can be performed.

本発明によれば、フィラー間に存在するポリマーの結晶構造が伸びきり鎖であるか否かを判定し、その状態を評価可能な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することができる。 According to the present invention, a method for analyzing a composite material and a computer program for analyzing the composite material, which can determine whether or not the crystal structure of the polymer existing between the fillers is a stretched chain and evaluate the state, are realized. be able to.

また、本発明によれば、フィラー間に存在するポリマーの結晶構造を評価可能な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することができる。 Further, according to the present invention, it is possible to realize a method for analyzing a composite material and a computer program for analyzing the composite material, which can evaluate the crystal structure of the polymer existing between the fillers.

図1は、本発明の実施形態に係る複合材料の解析方法の概略を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing an outline of an analysis method for a composite material according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発名の実施形態に係る複合材料の解析方法で作成される解析用モデルの一例を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of an analysis model created by the method for analyzing a composite material according to an embodiment of the present name. 図3は、本発明の実施形態に係る複合材料の解析方法の一例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of an analysis method for a composite material according to an embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施形態に係る複合材料の解析方法の一例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of an analysis method for a composite material according to an embodiment of the present invention. 図5は、本発明の実施形態に係る複合材料の解析方法の一例を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of an analysis method for a composite material according to an embodiment of the present invention. 図6は、本発明の実施形態に係る複合材料の解析方法の一例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of an analysis method for a composite material according to an embodiment of the present invention. 図7は、本実施形態に係る複合材料の解析方法の他の例における代表点の設定の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of setting representative points in another example of the analysis method of the composite material according to the present embodiment. 図8は、本実施形態に係る複合材料の解析方法における解析対象領域の範囲指定の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram for designating a range of an analysis target region in the composite material analysis method according to the present embodiment. 図9は、解析用モデル1における周期境界条件の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of the periodic boundary conditions in the analysis model 1. 図10は、本実施形態に係る複合材料の解析方法の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of an analysis method for a composite material according to the present embodiment. 図11は、本実施の形態に係る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. 11 is a functional block diagram of an analysis device that executes an analysis method for a composite material according to the present embodiment. 図12は、本発明の他の実施形態に係る複合材料の解析方法の概略を示すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart showing an outline of an analysis method for a composite material according to another embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be appropriately modified and implemented.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る複合材料の解析方法の概略を示すフローチャートである。図1に示すように、本実施形態に係る複合材料の解析方法は、コンピュータを用いた分子動力学法により作成した複合材料の解析用モデルを用いた複合材料の解析方法である。この複合材料の解析方法は、コンピュータを用いて分子動力学法により作成した複合材料の解析用モデルを用いた複合材料の解析方法であって、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の解析用モデルを作成する第1ステップST11と、ポリマーモデルを架橋解析により架橋させる第2ステップST12と、架橋解析後の解析用モデルに相互作用を設定して数値解析を実施する第3ステップST13と、数値解析後の解析用モデルのフィラーモデルの周囲に解析対象領域を設定する第4ステップST14と、第1フィラーモデルの周囲に設定された第1解析対象領域内に一部が存在する特定のポリマーモデルの粒子群に属する第1粒子と、第1フィラーモデルとは異なる第2フィラーモデルの周囲に設定された第2解析対象領域内に一部が存在する特定のポリマーモデルの粒子群に属する第2粒子との間のポリマー経路を抽出する第5ステップST15と、ポリマー経路において、隣接する2つのポリマー粒子との距離に基づいて、単位結合当たりに発生している力を算出する第6ステップST16と、単位結合当たりに発生している力に基づいて、ポリマー経路に発生している力を算出する第7ステップST17と、を含む。以下、本発明の第1の実施形態について詳細に説明する。 FIG. 1 is a flowchart showing an outline of an analysis method for a composite material according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the method for analyzing a composite material according to the present embodiment is a method for analyzing a composite material using a model for analyzing the composite material prepared by a molecular dynamics method using a computer. This composite material analysis method is a composite material analysis method using a composite material analysis model created by a molecular dynamics method using a computer, and is a plurality of polymers in which a polymer is modeled by a plurality of polymer particles. For the first step ST11 to create an analysis model of a composite material containing a plurality of filler models modeling a model and filler, the second step ST12 to crosslink the polymer model by cross-linking analysis, and the analysis model after cross-linking analysis. The third step ST13 for setting the interaction and performing the numerical analysis, the fourth step ST14 for setting the analysis target area around the filler model of the analysis model after the numerical analysis, and the setting around the first filler model. The first particle belonging to the particle group of a specific polymer model having a part in the first analysis target region and the second analysis target region set around the second filler model different from the first filler model. Based on the distance between the fifth step ST15, which extracts the polymer pathway from the second particle belonging to the particle group of a specific polymer model in which a part is present, and the two adjacent polymer particles in the polymer pathway. , The sixth step ST16 for calculating the force generated per unit bond, and the seventh step ST17 for calculating the force generated in the polymer pathway based on the force generated per unit bond. include. Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described in detail.

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

複数のポリマーモデル21は、第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間に配置される。複数のポリマーモデル21は、一端が第1フィラーモデル11からの相互作用を受ける範囲である第1解析対象領域A11内に配置され、他端が第2フィラーモデル12からの相互作用を受ける範囲である第2解析対象領域A12内に配置される。複数のポリマーモデル21は、一端を第1フィラーモデル11の表面のフィラー粒子11aと結合させてもよく、他端を第2フィラーモデル12の表面のフィラー粒子12aと結合させてもよい。 The plurality of polymer models 21 are arranged between the first filler model 11 and the second filler model 12. The plurality of polymer models 21 are arranged in the first analysis target region A11, which is the range where one end receives the interaction from the first filler model 11, and the other end is the range where the interaction from the second filler model 12 is received. It is arranged in a certain second analysis target area A12. One end of the plurality of polymer models 21 may be bonded to the filler particles 11a on the surface of the first filler model 11, and the other end may be bonded to the filler particles 12a on the surface of the second filler model 12.

フィラーとしては、例えば、カーボンブラック、シリカ、及びアルミナなどが含まれる。フィラー粒子11a,12aは、複数のフィラーの原子が集合されてモデル化される。複数のフィラー粒子11a,12aは、集合してフィラー粒子群を構成する。複数のフィラー粒子11a,12aは、隣接する互いの間の結合鎖(不図示)によって相対位置が特定されている。この結合鎖は、フィラー粒子11a,12a間の結合距離である平衡長と、ばね定数とが定義されたバネとしての機能を有し、各フィラー粒子11a,12aを拘束している。結合鎖は、フィラー粒子11a,12aの相対位置、捻り、及び曲げなどによって力が発生するポテンシャルが定義されているボンドである。第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12とは、フィラーを分子動力学で取り扱うための数値データ(フィラー粒子11a,12aの質量、体積、直径及び初期座標などを含む)である。第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12の数値データは、コンピュータに入力される。 Fillers include, for example, carbon black, silica, alumina and the like. The filler particles 11a and 12a are modeled by assembling the atoms of a plurality of fillers. The plurality of filler particles 11a and 12a aggregate to form a filler particle group. The relative positions of the plurality of filler particles 11a and 12a are specified by the bonding chains (not shown) between the adjacent filler particles 11a and 12a. This bond chain has a function as a spring in which an equilibrium length, which is a bond distance between the filler particles 11a and 12a, and a spring constant are defined, and restrains the filler particles 11a and 12a. The bond chain is a bond in which the potential for generating a force by the relative positions, twists, bendings, and the like of the filler particles 11a and 12a is defined. The first filler model 11 and the second filler model 12 are numerical data (including the mass, volume, diameter, initial coordinates, etc. of the filler particles 11a, 12a) for handling the filler in molecular dynamics. The numerical data of the first filler model 11 and the second filler model 12 are input to the computer.

ポリマーとしては、例えば、ゴム、樹脂、及びエラストマーなどが含まれる。ポリマー粒子21aは、複数のポリマーの原子が集合されてモデル化される。複数のポリマー粒子21aは、集合してポリマー粒子群を構成する。ポリマーには、フィラーとの親和性を高める変性剤が必要に応じて配合される。変性剤としては、例えば、水酸基、カルボニル基、及び原子団の官能基などが含まれる。ポリマーモデル21は、複数のポリマー原子及びポリマー粒子21aがモデル作成領域A内に所定密度で充填されたモデルである。ポリマー粒子21aは、隣接する互いの間の結合鎖21bによって相対位置が特定されている。結合鎖21bは、ポリマー粒子21a間の結合距離である平衡長と、ばね定数とが定義されたバネとしての機能を有し、各ポリマー粒子21aを拘束している。結合鎖21bは、ポリマー粒子21aの相対位置、捻り、及び曲げなどによって力が発生するポテンシャルが定義されているボンドである。このポリマーモデル21は、ポリマーを分子動力学で取り扱うための数値データ(ポリマー粒子21aの質量、体積、直径及び初期座標などを含む)である。ポリマーモデル21の数値データは、コンピュータに入力される。 Polymers include, for example, rubber, resins, elastomers and the like. The polymer particles 21a are modeled by assembling a plurality of polymer atoms. The plurality of polymer particles 21a aggregate to form a polymer particle group. If necessary, the polymer is blended with a denaturing agent that enhances the affinity with the filler. The modifying agent includes, for example, a hydroxyl group, a carbonyl group, a functional group of an atomic group, and the like. The polymer model 21 is a model in which a plurality of polymer atoms and polymer particles 21a are filled in a modeling region A at a predetermined density. The relative positions of the polymer particles 21a are specified by the bonding chains 21b between adjacent ones. The bond chain 21b has a function as a spring in which an equilibrium length, which is a bond distance between the polymer particles 21a, and a spring constant are defined, and restrains each polymer particle 21a. The bond chain 21b is a bond in which the potential for generating a force by the relative position, twisting, bending, or the like of the polymer particles 21a is defined. This polymer model 21 is numerical data (including mass, volume, diameter, initial coordinates, etc. of the polymer particles 21a) for handling the polymer in molecular dynamics. The numerical data of the polymer model 21 is input to the computer.

次に、本実施形態に係る複合材料の解析方法について詳細に説明する。図3は、本実施形態に係る複合材料の解析方法の一例を示す説明図である。図3においては、図2に示した第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間の空間を拡大して示している。 Next, the analysis method of the composite material according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of an analysis method for a composite material according to the present embodiment. In FIG. 3, the space between the first filler model 11 and the second filler model 12 shown in FIG. 2 is enlarged and shown.

図3に示すように、複合材料の解析方法では、解析用モデル1に含まれる一対の第1フィラーモデル11及び第2フィラーモデル12のうち、第1フィラーモデル11の周囲の領域に第1解析対象領域A11を設定し、第2フィラーモデル12の周囲の領域に第2解析対象領域A12を設定する。そして、第1解析対象領域A11と、第2解析対象領域A12との間に亘って存在し、第1解析対象領域A11内に一部が存在すると共に、第2解析対象領域A12内に一部が存在する複数のポリマーモデル21に含まれる特定のポリマーモデル21の経路R1-R3を解析する。ここで、第1解析対象領域A11が設定される第1フィラーモデル11の周囲の領域とは、複数のフィラー粒子11aによって構成される第1フィラーモデル11からの分子間力及び水素結合などの相互作用の影響をポリマーモデル21が受ける範囲内の近傍の領域である。これは、第2解析対象領域A12についても同様である。 As shown in FIG. 3, in the composite material analysis method, among the pair of the first filler model 11 and the second filler model 12 included in the analysis model 1, the first analysis is performed in the region around the first filler model 11. The target area A11 is set, and the second analysis target area A12 is set in the area around the second filler model 12. Then, it exists between the first analysis target area A11 and the second analysis target area A12, and a part thereof exists in the first analysis target area A11 and a part in the second analysis target area A12. The pathways R1-R3 of a particular polymer model 21 contained in a plurality of polymer models 21 in which is present are analyzed. Here, the region around the first filler model 11 in which the first analysis target region A11 is set is mutual such as intermolecular force and hydrogen bond from the first filler model 11 composed of a plurality of filler particles 11a. It is a region in the vicinity within the range affected by the action of the polymer model 21. This also applies to the second analysis target region A12.

ポリマーモデル21は、一端部が第1解析対象領域A11内に存在し、他端部が第2解析対象領域A12内に存在する。ポリマーモデル21は、複数のポリマーモデル21(図3において不図示、図2参照)によって架橋結合(不図示)を介して複雑な三次元ネットワークを形成している。本実施形態では、ポリマーモデル21のうち、第1解析対象領域A11内に配置された一端側の複数のポリマー粒子21a(代表点P1及び点P3)を第1ポリマー粒子群として抽出すると共に、第2解析対象領域A12内に配置された他端側の複数のポリマー粒子21a(代表点P2及び点P4)を第2ポリマー粒子群として抽出する。そして、第1ポリマー粒子群に属するポリマー粒子21a(代表点P1)と、第2ポリマー粒子群に属するポリマー粒子21a(代表点P2)との間において、第1解析対象領域A11及び第2解析対象領域A12の範囲外のポリマー粒子21aによって形成されるフィラー間経路R1を探索する。これにより、第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間に形成されたポリマーモデル21のネットワークのフィラー間経路R1を最短経路として解析することが可能となる。本実施形態において、フィラー間経路は、ポリマー経路と呼ばれることもある。 The polymer model 21 has one end in the first analysis target region A11 and the other end in the second analysis target region A12. The polymer model 21 forms a complex three-dimensional network through cross-linking (not shown) by a plurality of polymer models 21 (not shown in FIG. 3, see FIG. 2). In the present embodiment, among the polymer model 21, a plurality of polymer particles 21a (representative points P1 and points P3) on one end side arranged in the first analysis target region A11 are extracted as the first polymer particle group, and the first polymer particles are extracted. 2 A plurality of polymer particles 21a (representative points P2 and points P4) on the other end side arranged in the analysis target region A12 are extracted as a second polymer particle group. Then, between the polymer particles 21a (representative point P1) belonging to the first polymer particle group and the polymer particles 21a (representative point P2) belonging to the second polymer particle group, the first analysis target region A11 and the second analysis target. The interfiller path R1 formed by the polymer particles 21a outside the range of the region A12 is searched for. This makes it possible to analyze the inter-filler path R1 of the network of the polymer model 21 formed between the first filler model 11 and the second filler model 12 as the shortest path. In this embodiment, the interfiller pathway is sometimes referred to as a polymer pathway.

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

本実施形態においては、代表点P1は、第1解析対象領域A11の外縁に存在する最外粒子であるポリマー粒子21aに設定し、代表点P2は、第2解析対象領域A12の外縁に存在する最外粒子であるポリマー粒子21aに設定することが好ましい。このように代表点P1、P2を設定することにより、ポリマーモデル21を介した代表点P1と代表点P2との間のフィラー間経路R1の最短経路を解析することが可能となる。この最短経路を解析することにより、ポリマーモデル21内の第1解析対象領域A11内で代表点P1より第1フィラーモデル11側に存在するポリマー粒子21a(例えば、点P3参照)と第2解析対象領域A12内で代表点P2より第2フィラーモデル12側に存在するポリマー粒子21a(例えば、点P4)との間の経路(例えば、点P3と点P4との間の経路)との重複探索を回避することができるので、ポリマーモデル21を介した第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間の経路を効率良く解析することが可能となる。 In the present embodiment, the representative point P1 is set to the polymer particles 21a which are the outermost particles existing at the outer edge of the first analysis target region A11, and the representative point P2 exists at the outer edge of the second analysis target region A12. It is preferable to set the polymer particles 21a as the outermost particles. By setting the representative points P1 and P2 in this way, it is possible to analyze the shortest path of the inter-filler path R1 between the representative points P1 and the representative points P2 via the polymer model 21. By analyzing this shortest path, the polymer particles 21a (see, for example, point P3) existing on the first filler model 11 side from the representative point P1 in the first analysis target region A11 in the polymer model 21 and the second analysis target. Search for overlap with the path (for example, the path between the points P3 and P4) between the polymer particles 21a (for example, the point P4) existing on the second filler model 12 side from the representative point P2 in the region A12. Since it can be avoided, it is possible to efficiently analyze the path between the first filler model 11 and the second filler model 12 via the polymer model 21.

本実施形態では、代表点P1、代表点P2、点P3及び点P4の間の結合長は、代表点P1、代表点P2、点P3及び点P4間の直線距離を用いずに、代表点P1、代表点P2、点P3及び点P4との間に介在するポリマー粒子21aの粒子数又は結合数を用いて解析してもよく、変温解析によりポリマー粒子21aの熱振動による結合長の長さの変動を低減してから解析してもよい。この場合の変温解析の条件としては、例えば、作成したポリマーモデル21のガラス転移点(Tg)以下の温度が挙げられる。また、最短経路の解析にポリマーモデル21の結合長を用いる際には、ポリマー粒子21aの熱揺らぎの平均値及び結合鎖21bの伸縮時の平衡長を用いてもよい。このように代表点P1、代表点P2、点P3及び点P4間の結合長を解析することにより、ポリマーモデル21の熱揺らぎの影響を排除できるので、代表点P1、代表点P2、点P3及び点P4間の経路を高精度で解析することが可能となる。 In the present embodiment, the bond length between the representative point P1, the representative point P2, the point P3 and the point P4 does not use the linear distance between the representative point P1, the representative point P2, the point P3 and the point P4, and the representative point P1 , The number of particles or the number of bonds of the polymer particles 21a interposed between the representative points P2, P3 and P4 may be used for analysis, and the length of the bond length of the polymer particles 21a due to thermal vibration by temperature change analysis may be used. The analysis may be performed after reducing the fluctuation of. The conditions for the temperature change analysis in this case include, for example, the temperature below the glass transition point (Tg) of the prepared polymer model 21. When the bond length of the polymer model 21 is used for the analysis of the shortest path, the average value of the thermal fluctuation of the polymer particles 21a and the equilibrium length at the time of expansion and contraction of the bond chain 21b may be used. By analyzing the bond lengths between the representative points P1, the representative points P2, the points P3 and the points P4 in this way, the influence of the thermal fluctuation of the polymer model 21 can be eliminated, so that the representative points P1, the representative points P2, the points P3 and It is possible to analyze the path between points P4 with high accuracy.

上述した実施形態では、代表点P1と代表点P2との間の経路を抽出する例について説明したが、経路としては、代表点P1と点P4との間の経路、代表点P2と点P3との間の経路を抽出してもよく、点P3と点P4との間の経路を抽出した場合であっても、経路の重複抽出を防ぐことが可能となるので、第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間の経路を効率良く高い精度で解析することが可能となる。 In the above-described embodiment, an example of extracting a route between the representative points P1 and the representative point P2 has been described, but the routes include the route between the representative points P1 and the points P4, and the representative points P2 and P3. The route between the points P3 and P4 may be extracted, and even when the route between the points P3 and P4 is extracted, it is possible to prevent the duplicate extraction of the routes. It is possible to analyze the path between the two filler models 12 efficiently and with high accuracy.

図4は、本実施形態に係る複合材料の解析方法の他の例を示す説明図である。図4においても、図3と同様に、図2に示した第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間の空間を拡大して示している。図4に示す例では、第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間に亘って第1ポリマーモデル21-1及び第2ポリマーモデル21-2が配置されている。第1ポリマーモデル21-1は、ポリマー粒子21-1a及び結合鎖21-1bによって構成されている。第2ポリマーモデル21-2は、ポリマー粒子21-2a及び結合鎖21-2bによって構成されている。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing another example of the analysis method of the composite material according to the present embodiment. Also in FIG. 4, similarly to FIG. 3, the space between the first filler model 11 and the second filler model 12 shown in FIG. 2 is enlarged and shown. In the example shown in FIG. 4, the first polymer model 21-1 and the second polymer model 21-2 are arranged between the first filler model 11 and the second filler model 12. The first polymer model 21-1 is composed of polymer particles 21-1a and a binding chain 21-1b. The second polymer model 21-2 is composed of polymer particles 21-2a and a binding chain 21-2b.

図4に示す例では、図3と同様に第1ポリマーモデル21-1の代表点P1、P2及び点P3、P4を抽出する。第2ポリマーモデル21-2のうち、第1解析対象領域A11内に存在する一端側のポリマー粒子21-2aを代表点P5として抽出すると共に、第2解析対象領域A12内に存在する他端側のポリマー粒子21-2aを代表点P6として抽出する。そして、代表点P1と代表点P2との間のフィラー間経路R11を解析すると共に、代表点P5と代表点P6との間のフィラー間経路R21を解析する。続いて、フィラー間経路R11及びフィラー間経路R21の長さを比較することにより、第1ポリマーモデル21-1及び第2ポリマーモデル21-2のいずれが第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間の最短経路を含むかを解析することが可能となる。これにより、第1ポリマーモデル21-1及び第2ポリマーモデル21-2のネットワークを解析することが可能となる。これに加え、例えば、変形解析における変形前後で複合材料の材料特性に及ぼす影響が第1ポリマーモデル21-1及び第2ポリマーモデル21-2のいずれが支配的であるかを解析することが可能となる。 In the example shown in FIG. 4, the representative points P1 and P2 and the points P3 and P4 of the first polymer model 21-1 are extracted in the same manner as in FIG. Of the second polymer model 21-2, the polymer particles 21-2a on one end side existing in the first analysis target region A11 are extracted as the representative point P5, and the other end side existing in the second analysis target region A12 is extracted. 21-2a of the polymer particles of the above are extracted as a representative point P6. Then, the inter-filler path R11 between the representative point P1 and the representative point P2 is analyzed, and the inter-filler path R21 between the representative point P5 and the representative point P6 is analyzed. Subsequently, by comparing the lengths of the inter-filler path R11 and the inter-filler path R21, which of the first polymer model 21-1 and the second polymer model 21-2 is the first filler model 11 and the second filler model 12 It is possible to analyze whether the shortest route between and is included. This makes it possible to analyze the networks of the first polymer model 21-1 and the second polymer model 21-2. In addition to this, for example, it is possible to analyze whether the first polymer model 21-1 or the second polymer model 21-2 is dominant in the influence on the material properties of the composite material before and after the deformation in the deformation analysis. It becomes.

本実施形態においては、代表点P5は、第1解析対象領域A11の外縁に存在するポリマー粒子21-2aに設定し、代表点P6は、第2解析対象領域A12の外縁に存在するポリマー粒子21-2aに設定することが好ましい。このように代表点P5、P6を設定することにより、第2ポリマーモデル21-2を介した代表点P5と代表点P6との間の最短経路を抽出することが可能となる。 In the present embodiment, the representative point P5 is set to the polymer particles 21-2a existing on the outer edge of the first analysis target region A11, and the representative point P6 is the polymer particles 21 existing on the outer edge of the second analysis target region A12. It is preferable to set it to -2a. By setting the representative points P5 and P6 in this way, it is possible to extract the shortest path between the representative points P5 and the representative points P6 via the second polymer model 21-2.

最短経路を抽出することにより、第2ポリマーモデル21-2のうち、代表点P5より第1フィラーモデル11側に存在するポリマー粒子21-2a(例えば、点P7参照)と、代表点P6より第2フィラーモデル12側に存在するポリマー粒子21-2a(例えば、点P8)との間の経路(例えば、点P7と点P8との間の経路)との重複計算を回避することができるので、第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間の経路を効率良く解析することが可能となる。 By extracting the shortest path, the polymer particles 21-2a (see, for example, point P7) existing on the first filler model 11 side of the representative point P5 of the second polymer model 21-2 and the second polymer model 21-2 from the representative point P6. 2 Since the overlap calculation with the path between the polymer particles 21-2a (for example, the point P8) existing on the filler model 12 side (for example, the path between the points P7 and P8) can be avoided. It is possible to efficiently analyze the path between the first filler model 11 and the second filler model 12.

図4に示した例では、代表点P5と代表点P6との間の経路を抽出する例について説明したが、経路としては、代表点P5と点P8との間の経路、代表点P6と点P7との間の経路を抽出してもよく、点P7と点P8との間の経路を抽出してもよい。このように抽出した場合であっても、経路の重複抽出を防ぐことが可能となるので、第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間の経路を効率良く高い精度で解析することが可能となる。なお、代表点P5、代表点P6、点P7及び点P8間の結合長は、代表点P1、代表点P2、点P3及び点P4と同様に測定することができる。 In the example shown in FIG. 4, an example of extracting a route between the representative point P5 and the representative point P6 has been described, but the route includes a route between the representative point P5 and the point P8, and a representative point P6 and a point. The route between P7 may be extracted, or the route between points P7 and P8 may be extracted. Even in the case of extraction in this way, it is possible to prevent duplicate extraction of routes, so that it is possible to efficiently analyze the routes between the first filler model 11 and the second filler model 12 with high accuracy. It will be possible. The bond length between the representative points P5, the representative points P6, the points P7 and the points P8 can be measured in the same manner as the representative points P1, the representative points P2, the points P3 and the points P4.

このように、本実施形態によれば、ポリマーモデル21と、第1フィラーモデル11及び第2フィラーモデル12との間の相互作用によって生じる経路を精度良く解析することが可能となる。これにより、図5に示すように、実際の複合材料中で、一対の第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間に、第1ポリマーモデル21-1、第2ポリマーモデル21-2、第3ポリマーモデル21-3・・・第Nポリマーモデル21-Nの複数のポリマーモデルが存在する場合であっても、第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間の最短経路であるフィラー間経路R11に含まれるポリマー粒子21aが第1ポリマーモデル21-1であることを特定することができる。したがって、複合材料の変形解析などにおいて、最短経路であるフィラー間経路R11に含まれる第1ポリマーモデル21-1が複合材料のコンパウンドの材料特性への影響が最も大きいことを特定することが可能となる。また、第1フィラーモデル11及び第2フィラーモデル12との間の経路を解析することにより、代表点P1と代表点P2との間に含まれるポリマー粒子21aの情報及び代表点P1と代表点P2との間の経路の形状を解析することも可能となると共に、第1フィラーモデル11及び第2フィラーモデル12との間の距離などを求めることも可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to accurately analyze the path generated by the interaction between the polymer model 21, the first filler model 11 and the second filler model 12. As a result, as shown in FIG. 5, in the actual composite material, the first polymer model 21-1 and the second polymer model 21-2 are placed between the pair of the first filler model 11 and the second filler model 12. , 3rd Polymer Model 21-3 ... Even if there are a plurality of polymer models of the Nth Polymer Model 21-N, the shortest path between the 1st filler model 11 and the 2nd filler model 12 It can be specified that the polymer particles 21a contained in a certain interfiller path R11 is the first polymer model 21-1. Therefore, it is possible to identify that the first polymer model 21-1 included in the inter-filler path R11, which is the shortest path, has the greatest effect on the material properties of the compound of the composite material in the deformation analysis of the composite material. Become. Further, by analyzing the path between the first filler model 11 and the second filler model 12, the information of the polymer particles 21a contained between the representative point P1 and the representative point P2 and the representative points P1 and the representative point P2 are obtained. It is possible to analyze the shape of the path between the first filler model 11 and the second filler model 12, and it is also possible to obtain the distance between the first filler model 11 and the second filler model 12.

図6は、本実施形態において、第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12との間の経路が伸びきり鎖であるか否かを判定する方法を示す説明図である。図6には、第1ポリマーモデル21-1と、第2ポリマーモデル21-2と、第3ポリマーモデル21-3とが示されている。なお、図6では、3個のポリマーモデルが示されているが、これは例示であり、本発明を限定するものではない。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing a method of determining whether or not the path between the first filler model 11 and the second filler model 12 is a stretched chain in the present embodiment. FIG. 6 shows a first polymer model 21-1, a second polymer model 21-2, and a third polymer model 21-3. Although three polymer models are shown in FIG. 6, this is an example and does not limit the present invention.

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

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

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

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

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

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

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

第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12の間にN個(Nは2以上の整数)のポリマーモデルが存在する場合には、N個のポリマーモデルのそれぞれに発生している力を算出してもよい。この場合、本実施形態は、N個のポリマーモデルのそれぞれに発生している力の和を算出し、系全体に発生している力を算出してもよい。具体的には、本実施形態は、図6に示す例の場合、第1ポリマーモデル21-1と、第2ポリマーモデル21-2と、第3ポリマーモデル21-3とのそれぞれに発生している力の和を算出することによって、系全体に発生している力を算出する。 When N polymer models (N is an integer of 2 or more) exist between the first filler model 11 and the second filler model 12, the force generated in each of the N polymer models is calculated. You may. In this case, in this embodiment, the sum of the forces generated in each of the N polymer models may be calculated, and the force generated in the entire system may be calculated. Specifically, in the case of the example shown in FIG. 6, the present embodiment occurs in the first polymer model 21-1, the second polymer model 21-2, and the third polymer model 21-3, respectively. By calculating the sum of the existing forces, the forces generated in the entire system are calculated.

本実施形態は、例えば、第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12の間に存在するポリマーモデルのうち、伸びきり鎖であるポリマーモデルのみを評価対象としてもよい。具体的には、本実施形態は、図6に示す例の場合、第1ポリマーモデル21-1と、第2ポリマーモデル21-2と、第3ポリマーモデル21-3とのうち、伸びきり鎖のみを対象として発生している力を算出してもよい。この場合、本実施形態は、第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12の間で抽出された伸びきり鎖に発生している力を算出し、系全体に存在する伸びきり鎖に発生している力の和を算出することができる。その結果、本実施形態は、フィラー間に発生した伸びきり鎖に起因する系の剛性(応力)増加のメカニズムを明らかにすることができる。また、本実施形態は、フィラーのモルフォロジーや、フィラー径などのナノ構造の因子とポリマーの運動を明らかにし、ひいてはナノ構造の因子と系の力学特性の関係を明らかにすることができる。さらに、本実施形態は、切断されやすい伸びきり鎖の伸びの状態を数値化することができるので、伸びきり鎖の破断の可能性を予測することができる。 In this embodiment, for example, among the polymer models existing between the first filler model 11 and the second filler model 12, only the polymer model having a stretched chain may be evaluated. Specifically, in the case of the example shown in FIG. 6, the present embodiment is a stretched chain of the first polymer model 21-1, the second polymer model 21-2, and the third polymer model 21-3. You may calculate the force generated only for the target. In this case, in this embodiment, the force generated in the stretched chain extracted between the first filler model 11 and the second filler model 12 is calculated, and the force is generated in the stretched chain existing in the entire system. It is possible to calculate the sum of the forces. As a result, the present embodiment can clarify the mechanism of the increase in the rigidity (stress) of the system due to the stretched chain generated between the fillers. In addition, this embodiment can clarify the morphology of the filler, the motion of the polymer with the nanostructured factors such as the filler diameter, and the relationship between the nanostructured factors and the mechanical properties of the system. Furthermore, since the present embodiment can quantify the state of elongation of the stretched chain that is easily cut, it is possible to predict the possibility of breakage of the stretched chain.

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

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

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

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

図7は、本実施形態に係る複合材料の解析方法の他の例における代表点の設定の一例を示す図である。図7に示すように、代表点P1及び代表点P2は、必ずしも第1解析対象領域A11内の粒子であるポリマー粒子21aに設定する必要はなく、第1フィラーモデル11の中心点Pから所定の距離に設定してもよい。図7に示す例では、第1解析対象領域A11内に配置されたポリマーモデル21は、一端側が第1解析対象領域A11内で折り返されて端部が第1解析対象領域A11外に配置される。このような場合には、第1フィラーモデル11の中心点Pからポリマーモデル21の所定位置を設定すると、等距離のL1、L2に存在するポリマー粒子21aに対して2つの代表点P11、P12が設定される。このようにして解析することにより、ポリマーモデル21が第1解析対象領域A11内で折り返された構造を有しているか否かを解析することもできる。 FIG. 7 is a diagram showing an example of setting representative points in another example of the analysis method of the composite material according to the present embodiment. As shown in FIG. 7, the representative points P1 and the representative points P2 do not necessarily have to be set in the polymer particles 21a which are the particles in the first analysis target region A11, and are predetermined from the center point P of the first filler model 11. It may be set to a distance. In the example shown in FIG. 7, in the polymer model 21 arranged in the first analysis target region A11, one end side is folded back in the first analysis target region A11 and the end portion is arranged outside the first analysis target region A11. .. In such a case, when a predetermined position of the polymer model 21 is set from the center point P of the first filler model 11, two representative points P11 and P12 are formed with respect to the polymer particles 21a existing at equidistant L1 and L2. Set. By analyzing in this way, it is also possible to analyze whether or not the polymer model 21 has a folded structure in the first analysis target region A11.

図8は、本実施形態に係る複合材料の解析方法における解析対象領域の範囲指定の説明図である。図8に示すように、本実施形態においては、必ずしも第1フィラーモデル11の第1解析対象領域A11の全領域のポリマー粒子21aを解析対象として指定する必要はない。第1解析対象領域A11内におけるポリマー粒子21aの解析対象範囲は、例えば、第1フィラーモデル11と対をなす第2フィラーモデル12側に投影される領域を第1特定領域A111として指定してもよく、第1フィラーモデル11の中心点Pと第2フィラーモデル12の中心点Pとの間のベクトルに対してポリマー粒子21aのベクトルが所定角度θ以下の範囲などを第2特定領域A112として指定してもよい。 FIG. 8 is an explanatory diagram for designating a range of an analysis target region in the composite material analysis method according to the present embodiment. As shown in FIG. 8, in the present embodiment, it is not always necessary to specify the polymer particles 21a in the entire region of the first analysis target region A11 of the first filler model 11 as the analysis target. As for the analysis target range of the polymer particles 21a in the first analysis target region A11, for example, even if the region projected on the second filler model 12 side paired with the first filler model 11 is designated as the first specific region A111. Often, a range in which the vector of the polymer particles 21a is equal to or less than a predetermined angle θ with respect to the vector between the center point P of the first filler model 11 and the center point P of the second filler model 12 is designated as the second specific region A112. You may.

また、本実施形態においては、第1解析対象領域A11の解析対象となるポリマー粒子21aは、上述した第1解析対象領域A11内のポリマー粒子21aと第2解析対象領域A12内のポリマー粒子21aとの間の所定の結合長、結合数及び直線距離の閾値を設けて指定してもよい。このように解析対象となるポリマー粒子21aを指定することにより、解析対象として指定されるポリマー粒子21aの数を削減できるので、演算処理が容易となる。この結果、抽出される伸びきり鎖の数も削減できるので、演算処理が容易となる。 Further, in the present embodiment, the polymer particles 21a to be analyzed in the first analysis target region A11 are the polymer particles 21a in the first analysis target region A11 and the polymer particles 21a in the second analysis target region A12 described above. A predetermined bond length, number of bonds, and linear distance thresholds may be set and specified between the two. By designating the polymer particles 21a to be analyzed in this way, the number of the polymer particles 21a designated as the analysis target can be reduced, so that the arithmetic processing becomes easy. As a result, the number of stretched chains to be extracted can be reduced, which facilitates arithmetic processing.

また、本実施形態においては、ポリマーモデル21の代表点P1と代表点P2との間の最短経路は、解析用モデル1の周期境界条件を加味して解析してもよい。図9は、解析用モデル1における周期境界条件の説明図である。図9に示すように、解析用モデル1においては、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、第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間に存在するポリマーモデル21とがモデル作成領域Aに含まれる複数の領域AX、AYに亘って繰り返し等価なモデルとして存在する。このため、例えば、隣接する一対の第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間の結合長の最短経路を解析する場合には、領域AX内の第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間のポリマーモデル21Aに加えて、領域AX内の第2フィラーモデル12と領域AY内の第1フィラーモデル11との間に亘って存在するポリマーモデル21Bが存在する。このポリマーモデル21Bの全長は、領域AX内のポリマーモデル21B1と領域AY内のポリマーモデル21B2とを足した長さとなる。ここで、領域AXと領域AYとが等価なモデルであることを考慮すると、ポリマーモデル21Bの全長は、領域AX内のポリマーモデル21B1の全長と、ポリマーモデル21B2に対応する領域AX内に存在するポリマーモデル21Cの全長とを足した長さとなる。このようにして領域AX内の第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間に存在するポリマーモデル21の経路を比較することにより、容易に演算処理を実施することが可能となる。また、本実施形態は、このような周期境界条件を加味することによって、ポリマーモデル21Bの末端間距離と、経路長とを比較することによって、ポリマーモデル21Bの構造が伸びきり鎖であるか否かを判定することができる。これにより、本実施形態は、領域AX、AYなどの特定の領域に含まれる伸びきり鎖の数に基づいて、解析用モデル1に含まれる伸びきり鎖の数を算出することができる。また、本実施形態は、周期境界条件を加味することによって、ポリマーモデル21Bの状態を評価することができる。これにより、本実施形態は、領域AX、AYなどの特定の領域に含まれる伸びきり鎖の状態に基づいて、解析用モデル1に含まれる伸びきり鎖の状態を評価することができる。 Further, in the present embodiment, the shortest path between the representative point P1 and the representative point P2 of the polymer model 21 may be analyzed in consideration of the periodic boundary condition of the analysis model 1. FIG. 9 is an explanatory diagram of the periodic boundary conditions in the analysis model 1. As shown in FIG. 9, in the analysis model 1, the pair of the first filler model 11 and the second filler model 12 and the polymer model 21 existing between the first filler model 11 and the second filler model 12 Exists as a model that is repeatedly equivalent over a plurality of regions AX and AY included in the model creation region A. Therefore, for example, when analyzing the shortest path of the bond length between the pair of adjacent first filler models 11 and the second filler model 12, the first filler model 11 and the second filler model in the region AX are analyzed. In addition to the polymer model 21A between 12 and there is a polymer model 21B that exists between the second filler model 12 in the region AX and the first filler model 11 in the region AY. The total length of the polymer model 21B is the sum of the polymer model 21B1 in the region AX and the polymer model 21B2 in the region AY. Here, considering that the region AX and the region AY are equivalent models, the total length of the polymer model 21B exists in the total length of the polymer model 21B1 in the region AX and the region AX corresponding to the polymer model 21B2. The length is the sum of the total length of the polymer model 21C. By comparing the paths of the polymer model 21 existing between the first filler model 11 and the second filler model 12 in the region AX in this way, it becomes possible to easily carry out the arithmetic processing. Further, in the present embodiment, by adding such a periodic boundary condition, the distance between the ends of the polymer model 21B and the path length are compared, and whether or not the structure of the polymer model 21B is a stretched chain. Can be determined. Thereby, in the present embodiment, the number of stretched chains included in the analysis model 1 can be calculated based on the number of stretched chains contained in a specific region such as the region AX and AY. Further, in the present embodiment, the state of the polymer model 21B can be evaluated by adding the periodic boundary condition. Thereby, in this embodiment, the state of the stretched chain included in the analysis model 1 can be evaluated based on the state of the stretched chain contained in a specific region such as the region AX and AY.

また、本実施形態に係る複合材料の解析方法においては、第1ポリマー粒子群と第2ポリマー粒子群との間の複数の経路を抽出し、抽出した経路から第1ポリマー粒子群に属するポリマー粒子間の経路及び第2ポリマー粒子群に属するポリマー粒子間の経路を重複経路として除外してフィラー間経路を探索する。 Further, in the method for analyzing a composite material according to the present embodiment, a plurality of pathways between the first polymer particle group and the second polymer particle group are extracted, and the polymer particles belonging to the first polymer particle group are extracted from the extracted pathways. The route between the fillers and the route between the polymer particles belonging to the second polymer particle group are excluded as overlapping routes, and the route between the fillers is searched.

図10は、本実施形態に係る複合材料の解析方法の説明図である。図10に示す例では、第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間に亘って存在するポリマーモデル21は、第1ポリマー粒子群に属するポリマー粒子21aと第2ポリマー粒子群に属するポリマー粒子21aとの間に複数の経路が抽出される。これらの経路には、例えば、ポリマー粒子21aの代表点P1と点P3との間のフィラー間経路R11,R13を含むフィラー間経路と、ポリマー粒子21aの代表点P1と点P4との間のフィラー間経路R11,R13,R12を含むフィラー間経路と、ポリマー粒子21aの代表点P2と点P3との間のフィラー間経路R13を含むフィラー間経路と、ポリマー粒子21aの代表点P2と点P4との間のフィラー間経路R13,R12を含むフィラー間経路とが含まれる。 FIG. 10 is an explanatory diagram of an analysis method for a composite material according to the present embodiment. In the example shown in FIG. 10, the polymer model 21 existing between the first filler model 11 and the second filler model 12 is a polymer particle 21a belonging to the first polymer particle group and a polymer belonging to the second polymer particle group. A plurality of paths are extracted from the particles 21a. These paths include, for example, an interfiller path including the interfiller paths R11 and R13 between the representative points P1 and P3 of the polymer particles 21a, and a filler between the representative points P1 and P4 of the polymer particles 21a. Inter-filler path including inter-filler path R11, R13, R12, inter-filler path including inter-filler path R13 between representative points P2 and P3 of polymer particles 21a, representative points P2 and points P4 of polymer particles 21a. Inter-filler paths between and between, including inter-filler paths including R13, R12.

図10に示す例では、第1ポリマー粒子群に属するポリマー粒子21aの代表点P1と代表点P2との間のフィラー間経路R11及び第2ポリマー粒子群に属するポリマー粒子21aの点P3と点P4との間のフィラー間経路R12は、重複経路として除外される。したがって、図10に示す例では、抽出された複数の経路からフィラー間経路R11,R12を含む経路が除外され、ポリマー粒子21aの代表点P2と点P3との間のフィラー間経路R13を含むフィラー間経路が抽出される。そして、重複経路であるフィラー間経路R11,R12は、除外経路に設定されて除外リストに登録される。これにより、第1解析対象領域内及び第2解析対象領域内のポリマー粒子間の経路を重複経路として除外するので、フィラー間経路の探索時に重複経路の再探索を防ぐことができ、フィラー間経路を効率良く探索することが可能となる。なお、フィラー間経路R11については、必ずしも重複経路として除外する必要はない。また、第1フィラーモデル11及び第2フィラーモデル12以外のフィラーモデルに設定された解析対象領域内に経路が存在する場合には、フィラー間距離の探索を終了する。この経路は、除外経路として設定してもよく、除外経路に設定しなくともよい。 In the example shown in FIG. 10, the interfiller path R11 between the representative points P1 and the representative points P2 of the polymer particles 21a belonging to the first polymer particle group and the points P3 and P4 of the polymer particles 21a belonging to the second polymer particle group. The inter-filler path R12 between and is excluded as an overlapping path. Therefore, in the example shown in FIG. 10, the route including the inter-filler paths R11 and R12 is excluded from the plurality of extracted paths, and the filler containing the inter-filler path R13 between the representative points P2 and the points P3 of the polymer particles 21a. Intermediary routes are extracted. Then, the inter-filler routes R11 and R12, which are overlapping routes, are set as exclusion routes and registered in the exclusion list. As a result, the routes between the polymer particles in the first analysis target region and the second analysis target region are excluded as overlapping routes, so that re-searching of the overlapping routes can be prevented when searching for the inter-filler route, and the inter-filler route can be prevented. Can be searched efficiently. The inter-filler route R11 does not necessarily have to be excluded as an overlapping route. Further, when the path exists in the analysis target region set in the filler model other than the first filler model 11 and the second filler model 12, the search for the distance between the fillers is terminated. This route may or may not be set as an exclusion route.

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

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

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

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

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

次に、本実施形態に係る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11は、本実施形態に係る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, the method for analyzing the composite material and the computer program for analyzing the composite material according to the present embodiment will be described in more detail. FIG. 11 is a functional block diagram of an analysis device that executes an analysis method for a composite material according to the present embodiment.

図11に示すように、本実施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. 11, the method for analyzing a composite material according to the present embodiment is realized by an analysis device 50 which is a computer including a processing unit 52 and a 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, the boundary condition in the analysis, and the like. Input to the unit 52 or the storage unit 54. As the input means 53, for example, an input device such as a keyboard or a mouse is used.

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

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

フィラー粒子11a間の相互作用及びポリマー粒子21a間の相互作用を調整する計算パラメータとしては、下記式(1)で表されるレナード・ジョーンズポテンシャルのσ、εを用い、これらが調整される。ポテンシャルを計算する上限距離(カットオフ距離)を大きくすることで、遠距離まで働いた引力、斥力を調整できる。なお、フィラー粒子11a間の相互作用及びポリマー粒子21a間の相互作用が一定値になるまで順次、フィラー粒子11a間の相互作用及びポリマー粒子21a間の相互作用のパラメータを小さくすることが好ましい。レナード・ジョーンズポテンシャルのσ、εを大きな値から徐々に本来の値に近づけることにより、分子を不自然な状態に導かない穏やかな速度で粒子の接近を行うことができる。また、カットオフ距離も徐々に小さくすることにより、適正な範囲で引力、斥力を調整できる。 As the calculation parameters for adjusting the interaction between the filler particles 11a and the interaction between the polymer particles 21a, σ and ε of the Lennard-Jones potential represented by the following formula (1) are used, and these are adjusted. By increasing the upper limit distance (cutoff distance) for calculating the potential, it is possible to adjust the attractive and repulsive forces that have 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 0007024593000001
Figure 0007024593000001

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

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

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

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

記憶部54には、入力手段53を介して解析対象となる複合材料の解析用モデルを作成するためのデータであるゴムカーボンブラック、シリカ、及びアルミナなどのフィラーのデータ、ゴム、樹脂、及びエラストマーなどのポリマーのデータ、予め設定した物理量履歴である応力ひずみ曲線及び本実施形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法、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 an analysis method of a composite material, and the like are stored. .. 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 or a computer program already recorded in the computer system. The term "computer system" as used herein includes hardware such as an OS (Operating System) and peripheral devices.

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

次に、再び図1を参照して、本実施の形態に係る複合材料の解析方法についてより詳細に説明する。 Next, with reference to FIG. 1 again, the method for analyzing 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内に未架橋のポリマーモデル21を作成すると共に第1フィラーモデル11を作成する(ステップST11)。未架橋のポリマーモデル21は、図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を配置して複合材料の解析用モデル1を作成する。ここでは、モデル作成部52aは、初期条件の設定の後、平衡化計算を行う。平衡化計算では、所定の温度、密度及び圧力で、初期設定後の各種構成要素が平衡状態に到達する所定の時間、分子動力学計算を行う。そして、モデル作成部52aは、初期条件の設定及び平衡化の計算処理後に、計算領域内に設定した複合材料の解析用モデルを作成するモデル作成領域A内にポリマー粒子21a及び結合鎖21bを含むポリマーモデル21及びフィラー粒子11aを含む第1フィラーモデル11を作成する。また、モデル作成部52aは、必要に応じてポリマーにフィラーとの親和性を高める水酸基、カルボニル基、及び原子団の官能基などの変性剤を配合してもよい。 As shown in FIG. 1, the model creation unit 52a creates an uncrosslinked polymer model 21 and a first filler model 11 in a predetermined model creation region A (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 to create a model 1 for analysis of the composite material. 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 creating unit 52a includes the polymer particles 21a and the bonded chain 21b in the model creating region A for creating the analysis model of the composite material set in the calculated region after the initial condition setting and the equilibrium calculation processing. A first filler model 11 including the polymer model 21 and the filler particles 11a is created. Further, the model creation unit 52a may add a modifying agent such as a hydroxyl group, a carbonyl group, and a functional group of an atomic group, which enhances the affinity with the filler, to the polymer, if necessary.

次に、条件設定部52bが、モデル作成部52aで作成した複合材料の解析用モデル1を用いた分子動力学法による架橋解析、数値解析及び運動解析(シミュレーション)を実行するための各種条件を設定する。条件設定部52bは、入力手段53からの入力及び記憶部54に記憶されている情報に基づいて各種条件を設定する。各種条件としては、解析を実行する第1フィラーモデル11の位置及び数、フィラー原子、フィラー原子団、フィラー粒子11a及びフィラー粒子群の位置及び数、フィラー粒子11a番号、ポリマーの分子鎖の位置及び数、ポリマー原子、ポリマー原子団、ポリマー粒子21a及びポリマー粒子群の位置及び数、ポリマー粒子番号、結合鎖21b及び結合鎖21bの位置及び数、結合鎖21bの番号、予め設定した物理量履歴である応力ひずみ曲線及び条件を変更しない固定値などが含まれる。 Next, the condition setting unit 52b sets various conditions for executing cross-linking analysis, numerical analysis, and 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 particles 11a and the filler particle group, the filler particle 11a number, the position and the position of the molecular chain of the polymer, and the like. Number, position and number of polymer atom, polymer atomic group, polymer particle 21a and polymer particle group, polymer particle number, position and number of bond chain 21b and bond chain 21b, number of bond chain 21b, preset physical quantity history. Includes stress-strain curves and fixed values that do not change conditions.

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

次に、解析部52cは、架橋解析後の解析用モデル1に相互作用を設定して各種数値解析を実施する(ステップST13)。ここでの相互作用としては、例えば、フィラー粒子11a間、ポリマー粒子21a間、フィラー粒子11aとポリマー粒子21aとの間の相互作用及びフィラー粒子11aとポリマー粒子21aとが結合鎖で結合した状態の相互作用が挙げられるが、これらの全てに設定する必要はない。数値解析としては、モデル作成部52aによって作成された第1フィラーモデル11及びポリマーモデル21を含む複合材料の解析用モデル1を用いた分子動力学法による緩和解析、伸張解析、変温解析、変圧解析、及びせん断解析などの変形解析などの運動解析による数値解析などが挙げられる。また、解析部51cは、数値解析による運動解析の結果得られる運動変位及び公称応力又は運動変位を演算して得られる公称ひずみなどの各種物理量を取得する。 Next, the analysis unit 52c sets an interaction with the analysis model 1 after the cross-linking analysis and performs various numerical analyzes (step ST13). The interaction here includes, for example, the interaction between the filler particles 11a and the polymer particles 21a, the interaction between the filler particles 11a and the polymer particles 21a, and the state in which the filler particles 11a and the polymer particles 21a are bonded by a bond chain. Interactions can be mentioned, but not all of these need to be set. Numerical analysis includes relaxation analysis, extension analysis, temperature change analysis, and transformation by molecular dynamics method using the first filler model 11 created by the model creation unit 52a and the model 1 for analysis of the composite material including the polymer model 21. Numerical analysis by motion analysis such as analysis and deformation analysis such as shear analysis can be mentioned. Further, the analysis unit 51c acquires various physical quantities such as the motion displacement obtained as a result of the motion analysis by the numerical analysis and the nominal stress or the nominal strain obtained by calculating the motion displacement.

次に、解析部52cは、数値解析後の解析用モデル1の第1フィラーモデル11の周囲に解析対象領域を設定する(ステップST14)。ここでは、解析部52cは、第1フィラーモデル11によってポリマーモデル21が相互作用による影響を受ける範囲を解析対象領域として設定する。 Next, the analysis unit 52c sets an analysis target region around the first filler model 11 of the analysis model 1 after the numerical analysis (step ST14). Here, the analysis unit 52c sets the range in which the polymer model 21 is affected by the interaction by the first filler model 11 as the analysis target region.

次に、解析部52cは、第1フィラーモデル11の周囲に設定された第1解析対象領域A11内に一部が存在する特定のポリマーモデル21のポリマー粒子21aを第2粒子(例えば、代表点P1)として設定し、第1フィラーモデル11とは異なる第2フィラーモデル12の周囲に設定された第2解析対象領域A12内に一部が存在する特定のポリマーモデル21のポリマー粒子21aを第2粒子(例えば、代表点P2)として設定し、代表点P1と代表点P2との間の経路を解析する(ステップST15)。ここでは、解析部52cは、代表点P1(第1粒子)を第1解析対象領域A11の外縁に存在する最外粒子であるポリマー粒子21aに設定し、代表点P2(第2粒子)を第2解析対象領域A12の外縁に存在する最外粒子であるポリマー粒子21a(第2粒子)に設定してもよい。 Next, the analysis unit 52c uses the polymer particles 21a of the specific polymer model 21 having a part in the first analysis target region A11 set around the first filler model 11 as the second particles (for example, a representative point). The polymer particles 21a of the specific polymer model 21 set as P1) and partially present in the second analysis target region A12 set around the second filler model 12 different from the first filler model 11 are second. It is set as a particle (for example, representative point P2) and the path between the representative point P1 and the representative point P2 is analyzed (step ST15). Here, the analysis unit 52c sets the representative point P1 (first particle) to the polymer particle 21a which is the outermost particle existing on the outer edge of the first analysis target region A11, and sets the representative point P2 (second particle) to the first. 2 The polymer particles 21a (second particles), which are the outermost particles existing on the outer edge of the analysis target region A12, may be set.

次に、解析部52cは、第1粒子と、第2粒子との間の経路との間の末端間距離と、経路長とを算出する(ステップST16)。ここでは、解析部52cは、例えば、第1粒子と、第2粒子との間の末端間距離を、第1粒子と、第2粒子とのそれぞれに指定されている座標に基づいて算出する。また、解析部52cは、例えば、第1粒子と、第2粒子との間の経路長を、第1粒子と、第2粒子との間に存在する結合鎖の長さに基づいて算出する。解析部52cは、第1粒子と、第2粒子との間の経路長を、第1粒子と、第2粒子との間に存在するポリマー粒子の粒子数や結合数に基づいて算出してもよい。より具体的には、解析部52cは、経路長を、経路に存在する単位結合の数と、結合鎖の平衡長とに基づいて算出してもよいし、経路長を直接計測して算出してもよい。 Next, the analysis unit 52c calculates the distance between the ends between the first particle and the path between the second particles and the path length (step ST16). Here, the analysis unit 52c calculates, for example, the distance between the ends of the first particle and the second particle based on the coordinates specified for each of the first particle and the second particle. Further, the analysis unit 52c calculates, for example, the path length between the first particle and the second particle based on the length of the binding chain existing between the first particle and the second particle. The analysis unit 52c may calculate the path length between the first particle and the second particle based on the number of particles and the number of bonds of the polymer particles existing between the first particle and the second particle. good. More specifically, the analysis unit 52c may calculate the path length based on the number of unit bonds existing in the path and the equilibrium length of the bound chain, or directly measure and calculate the path length. You may.

次に、解析部52cは、末端間距離と、経路長とに基づいて、第1粒子と、第2粒子との間の経路の構造が、伸び切り鎖であるか否かを判定する(ステップST17)。ここでは、解析部52cは、例えば、末端間距離と、経路長とを比較して、末端間距離と、経路長とが所定の関係にある場合に、第1粒子と、第2粒子との間の経路の構造が伸び切り鎖である判定する。この場合、解析部52cは、末端間距離が、経路長の90%以上である場合に、第1粒子と、第2粒子との間の経路の構造が伸びきり鎖であると判定する。 Next, the analysis unit 52c determines whether or not the structure of the path between the first particle and the second particle is a stretched chain based on the distance between the ends and the path length (step). ST17). Here, the analysis unit 52c compares, for example, the distance between the ends and the path length, and when the distance between the ends and the path length have a predetermined relationship, the first particle and the second particle are used. It is determined that the structure of the path between them is a stretched chain. In this case, the analysis unit 52c determines that the structure of the path between the first particle and the second particle is a stretched chain when the distance between the ends is 90% or more of the path length.

次に、解析部52cは、抽出された伸びきり鎖において、単位結合当たりに発生している力を算出する(ステップST18)。ここでは、解析部52cは、抽出された伸びきり鎖において、隣接する粒子の間の結合鎖の平衡長からの伸びと、結合鎖に定義づけられている、ばね定数とに基づいて、単位結合当たりの力を算出する。 Next, the analysis unit 52c calculates the force generated per unit bond in the extracted stretched chain (step ST18). Here, the analysis unit 52c is a unit bond in the extracted stretch chain based on the elongation of the bond chain between adjacent particles from the equilibrium length and the spring constant defined in the bond chain. Calculate the winning force.

次に、解析部52cは、抽出された伸びきり鎖において、単位結合当たりに発生している力に基づいて、伸びきり全体に発生している力を算出する(ステップST19)。ここでは、解析部52cは、抽出された経路における単位結合当たりの力を足し合わせることによって、抽出された伸びきり鎖全体に発生している力を算出する。そして、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 calculates the force generated in the entire stretched chain based on the force generated per unit bond in the extracted stretched chain (step ST19). Here, the analysis unit 52c calculates the force generated in the entire extracted stretch chain by adding the forces per unit bond in the extracted pathway. Then, the analysis unit 52c stores the analysis result of the analyzed composite material in the storage unit 54.

解析部52cは、第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12との間に存在する全ての伸びきり鎖に発生している力を算出することが好ましい。これにより、解析部52cは、全ての伸びきり鎖に発生している力を足し合わせることによって、系全体に発生している力を算出することができる。解析部52cは、第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12との間に存在する全ての伸びきり鎖の力を算出し、その平均を算出してもよい。 It is preferable that the analysis unit 52c calculates the force generated in all the stretched chains existing between the first filler model 11 and the second filler model 12. As a result, the analysis unit 52c can calculate the force generated in the entire system by adding the forces generated in all the stretched chains. The analysis unit 52c may calculate the forces of all the stretched chains existing between the first filler model 11 and the second filler model 12, and calculate the average thereof.

また、解析部52cは、伸びきり鎖に限らず、第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12の間において抽出された経路に対して力を算出してもよい。 Further, the analysis unit 52c may calculate the force for the path extracted between the first filler model 11 and the second filler model 12, not limited to the stretched chain.

図12は、解析部52cが第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12との間において抽出された経路の発生している力を算出する処理の流れを示すフローチャートである。 FIG. 12 is a flowchart showing a flow of processing in which the analysis unit 52c calculates the force generated by the extracted path between the first filler model 11 and the second filler model 12.

図12に示す、ステップST21~ステップST25は、ステップST11~ステップST15と同様なので説明は省略する。 Since steps ST21 to ST25 shown in FIG. 12 are the same as steps ST11 to ST15, the description thereof will be omitted.

次に、解析部52cは、抽出された経路において、単位結合当たりに発生している力を算出する(ステップST26)。ここでは、解析部52cは、抽出された経路において、隣接する粒子の間の結合鎖の平衡長からの伸びと、結合鎖に定義づけられている、ばね定数とに基づいて、単位結合当たりの力を算出する。ここで、解析部52cは、抽出された経路を構成する単位結合それぞれの力を算出し、単位結合当たりに発生している力の平均値を算出することが望ましい。この場合、解析部52cは、算出された力の平均値を、その経路の単位結合当たりの力とすることが望ましい。 Next, the analysis unit 52c calculates the force generated per unit bond in the extracted path (step ST26). Here, the analysis unit 52c per unit bond in the extracted pathway, based on the elongation of the bond between adjacent particles from the equilibrium length and the spring constant defined for the bond. Calculate the force. Here, it is desirable that the analysis unit 52c calculates the force of each unit bond constituting the extracted path, and calculates the average value of the forces generated per unit bond. In this case, it is desirable that the analysis unit 52c uses the calculated average value of the forces as the force per unit bond of the path.

次に、解析部52cは、抽出された経路において、単位結合当たりに発生している力に基づいて、抽出された経路全体に発生している力を算出する(ステップST27)。ここでは、解析部52cは、抽出された経路における単位結合当たりの力を足し合わせることによって、抽出された経路における単位結合当たりの力を足し合わせることによって、抽出された伸びきり鎖全体に発生している力を算出する。 Next, the analysis unit 52c calculates the force generated in the entire extracted path based on the force generated per unit bond in the extracted path (step ST27). Here, the analysis unit 52c is generated in the entire stretched chain extracted by adding the forces per unit bond in the extracted pathway and by adding the forces per unit bond in the extracted pathway. Calculate the force.

解析部52cは、第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12との間に存在する全ての経路に発生している力を算出することが好ましい。これにより、解析部52cは、全ての経路に発生している力を足し合わせることによって、系全体に発生している力を算出することができる。解析部52cは、第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12との間に存在する全ての経路の力を算出し、その平均を算出してもよい。 It is preferable that the analysis unit 52c calculates the force generated in all the paths existing between the first filler model 11 and the second filler model 12. As a result, the analysis unit 52c can calculate the force generated in the entire system by adding the forces generated in all the paths. The analysis unit 52c may calculate the forces of all the paths existing between the first filler model 11 and the second filler model 12, and calculate the average thereof.

解析部52cは、特定のポリマーモデル21の第1解析対象領域A1内の第1粒子を複数抽出して第1粒子群とすると共に、第2解析対象領域A2内の第2粒子を複数抽出して第2粒子群とし、第1粒子群に属する複数の第1粒子と第2粒子群に属する複数の第2粒子との間の経路をそれぞれ解析することが好ましい。そして、解析部52cは、第1粒子と第2粒子との間の経路に発生している力を算出することで経路の状態を評価することが好ましい。これにより、本実施形態は、フィラー間の経路の状態に起因する系の剛性(応力)増加のメカニズムを明らかにすることができる。 The analysis unit 52c extracts a plurality of first particles in the first analysis target region A1 of the specific polymer model 21 to form a first particle group, and extracts a plurality of second particles in the second analysis target region A2. It is preferable to analyze the path between the plurality of first particles belonging to the first particle group and the plurality of second particles belonging to the second particle group, respectively. Then, it is preferable that the analysis unit 52c evaluates the state of the path by calculating the force generated in the path between the first particle and the second particle. Thereby, the present embodiment can clarify the mechanism of the increase in the rigidity (stress) of the system due to the state of the path between the fillers.

解析部52cは、フィラー間の経路のうち、伸びきり鎖を抽出して、抽出された伸びきり鎖のみを対象として、発生している力を評価することによって、伸びきり鎖の状態を評価してもよい。これにより、本実施形態は、フィラー間の経路の状態に起因する系の剛性(応力)増加のメカニズムを明らかにすることができる。また、本実施形態は、評価の対象を伸びきり鎖に限定することで、解析部52cの演算量を少なくすることができる。 The analysis unit 52c evaluates the state of the stretched chain by extracting the stretched chain from the pathways between the fillers and evaluating the generated force only for the extracted stretched chain. You may. Thereby, the present embodiment can clarify the mechanism of the increase in the rigidity (stress) of the system due to the state of the path between the fillers. Further, in the present embodiment, the calculation amount of the analysis unit 52c can be reduced by limiting the evaluation target to the stretched chain.

(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.

本実施例では、フィラーの配置は同じであり、フィラーと、ポリマーとの間の相互作用が異なる複数のモデルで伸張解析を実施した。そして、それぞれのモデルの伸びきり鎖の状態を評価した。そして、フィラーと、ポリマーとの相互作用が強いほど、単位結合当たりの長さが長くなり、かつ伸びきり鎖の数が増加することが判明した。すなわち、フィラーと、ポリマーとの相互作用が強いほど、伸びきり鎖には大きな力が生じていることが判明した。その結果、フィラーと、ポリマーの相互作用が強いほど、系の剛性が高くなることが判明した。 In this example, stretch analysis was performed on multiple models with the same filler arrangement and different interactions between the filler and the polymer. Then, the state of the stretched chain of each model was evaluated. It was found that the stronger the interaction between the filler and the polymer, the longer the length per unit bond and the greater the number of stretched chains. That is, it was found that the stronger the interaction between the filler and the polymer, the greater the force generated in the stretched chain. As a result, it was found that the stronger the interaction between the filler and the polymer, the higher the rigidity of the system.

1 解析用モデル
11 第1フィラーモデル
12 第2フィラーモデル
11a,12a フィラー粒子
21 ポリマーモデル
21a ポリマー粒子
21a-1 第1ポリマー粒子
21a-2 第2ポリマー粒子
21a-3 第3ポリマー粒子
21a-4 第4ポリマー粒子
21a-5 第5ポリマー粒子
21a-6 第6ポリマー粒子
21b 結合鎖
21b-1 第1結合鎖
21b-2 第2結合鎖
21b-3 第3結合鎖
21b-4 第4結合鎖
21b-5 第5結合鎖
50 解析装置
51 入出力装置
52 処理部
52a モデル作成部
52b 条件設定部
52c 解析部
53 入力手段
54 記憶部
55 表示手段
A モデル作成領域
A11 第1解析対象領域
A12 第2解析対象領域
1 Analytical model 11 1st filler model 12 2nd filler model 11a, 12a Filler particles 21 Polymer model 21a Polymer particles 21a-1 1st polymer particles 21a-2 2nd polymer particles 21a-3 3rd polymer particles 21a-4 4 Polymer particles 21a-5 5th polymer particles 21a-6 6th polymer particles 21b Bonding chain 21b-1 1st binding chain 21b-2 2nd binding chain 21b-3 3rd binding chain 21b-4 4th binding chain 21b- 5 Fifth coupled chain 50 Analysis device 51 Input / output device 52 Processing unit 52a Model creation unit 52b Condition setting unit 52c Analysis unit 53 Input means 54 Storage unit 55 Display means A Model creation area A11 First analysis target area A12 Second analysis target region

Claims (10)

コンピュータを用いて分子動力学法により作成した複合材料の解析用モデルを用いた複合材料の解析方法であって、
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の解析用モデルを作成する第1ステップと、
前記ポリマーモデルを架橋解析により架橋させる第2ステップと、
架橋解析後の前記解析用モデルに相互作用を設定して数値解析を実施する第3ステップと、
数値解析後の前記解析用モデルの前記フィラーモデルの周囲に解析対象領域を設定する第4ステップと、
第1フィラーモデルの周囲に設定された第1解析対象領域内に一部が存在する特定のポリマーモデルの粒子群に属する第1粒子と、前記第1フィラーモデルとは異なる第2フィラーモデルの周囲に設定された第2解析対象領域内に一部が存在する前記特定のポリマーモデルの粒子群に属する第2粒子との間のポリマー経路を抽出する第5ステップと、
前記ポリマー経路において、隣接する2つのポリマー粒子との距離に基づいて、単位結合当たりに発生している力を算出する第6ステップと、
前記単位結合当たりに発生している力に基づいて、前記ポリマー経路に発生している力を算出する第7ステップと、を含むことを特徴とする、複合材料の解析方法。
It is a method for analyzing composite materials using a model for analyzing composite materials created by molecular dynamics using a computer.
The first step in creating an analytical model for a composite material that includes multiple polymer models that model polymers with multiple polymer particles and multiple filler models that model fillers.
The second step of cross-linking the polymer model by cross-linking analysis,
The third step of setting the interaction in the analysis model after the cross-linking analysis and performing the numerical analysis,
The fourth step of setting the analysis target area around the filler model of the analysis model after the numerical analysis, and
Around the first particle belonging to a specific polymer model particle group having a part in the first analysis target region set around the first filler model and the second filler model different from the first filler model. The fifth step of extracting the polymer pathway between the second particle belonging to the particle group of the specific polymer model having a part in the second analysis target region set in
In the polymer pathway, the sixth step of calculating the force generated per unit bond based on the distance between two adjacent polymer particles,
A method for analyzing a composite material, comprising a seventh step of calculating the force generated in the polymer pathway based on the force generated per unit bond.
前記ポリマー経路に発生している力は、前記単位結合当たりに発生している力と、前記ポリマー経路の長さとから算出する、請求項1に記載の複合材料の解析方法。 The method for analyzing a composite material according to claim 1, wherein the force generated in the polymer pathway is calculated from the force generated per unit bond and the length of the polymer pathway. 前記ポリマー経路の一端部から他端部までの末端間距離と、前記ポリマー経路の経路長とを算出し、前記末端間距離と、前記経路長さとに基づいて、前記ポリマー経路が伸びきり鎖であるか否かを判定し、前記ポリマー経路が前記伸びきり鎖であった場合にのみ、前記ポリマー経路に発生している力を算出する、請求項1または2に記載の複合材料の解析方法。 The distance between the ends of the polymer pathway from one end to the other end and the path length of the polymer pathway are calculated, and the polymer pathway is stretched out in a chain based on the distance between the ends and the path length. The method for analyzing a composite material according to claim 1 or 2, wherein it is determined whether or not the polymer pathway is present, and the force generated in the polymer pathway is calculated only when the polymer pathway is the stretched chain. 前記伸びきり鎖が複数抽出された場合に、複数の前記伸びきり鎖に発生している力の総和を算出し、かつ複数の前記伸びきり鎖に発生している力の平均を算出する、請求項3に記載の複合材料の解析方法。 When a plurality of the stretched chains are extracted, the sum of the forces generated in the plurality of stretched chains is calculated, and the average of the forces generated in the plurality of stretched chains is calculated. Item 3. The method for analyzing a composite material according to Item 3. 前記解析用モデルの特定の領域に基づいて、前記解析用モデル全体における前記伸びきり鎖の数及び前記伸びきり鎖に発生している力を算出する、請求項3または4に記載の複合材料の解析方法。 The composite material according to claim 3 or 4, which calculates the number of stretched chains and the force generated in the stretched chains in the entire analytical model based on a specific region of the analytical model. analysis method. 前記解析用モデルの解析結果と、前記伸びきり鎖の数及び前記伸びきり鎖に発生している力とを対応付けた時刻歴を算出する、請求項3から5のいずれか1項に記載の複合材料の解析方法。 The item according to any one of claims 3 to 5, wherein a time history in which the analysis result of the analysis model is associated with the number of stretched chains and the force generated in the stretched chains is calculated. Analysis method for composite materials. 前記時刻歴を可視化して表示する、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 time history is visualized and displayed. 前記時刻歴のうち、第1解析時間の解析結果と、前記第1解析時間とは異なる第2解析時間の解析結果との差分を算出する、請求項6または7に記載の複合材料の解析方法。 The method for analyzing a composite material according to claim 6 or 7, wherein the difference between the analysis result of the first analysis time and the analysis result of the second analysis time different from the first analysis time in the time history is calculated. .. 前記解析用モデルの解析結果と、前記解析用モデルとは異なる比較解析用モデルとの解析結果とを比較する、請求項3から8のいずれか1項に記載の複合材料の解析方法。 The method for analyzing a composite material according to any one of claims 3 to 8, wherein the analysis result of the analysis model is compared with the analysis result of a comparative analysis model different from the analysis model. 請求項1から請求項9のいずれか1項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 any one of claims 1 to 9.
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