JP7024594B2 - Composite material analysis method and computer program for composite material analysis - Google Patents
Composite material analysis method and computer program for composite material analysis Download PDFInfo
- Publication number
- JP7024594B2 JP7024594B2 JP2018094074A JP2018094074A JP7024594B2 JP 7024594 B2 JP7024594 B2 JP 7024594B2 JP 2018094074 A JP2018094074 A JP 2018094074A JP 2018094074 A JP2018094074 A JP 2018094074A JP 7024594 B2 JP7024594 B2 JP 7024594B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- model
- analysis
- polymer
- filler
- composite material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims description 318
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 119
- 238000004590 computer program Methods 0.000 title claims description 14
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 358
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 258
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 233
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 58
- 230000037361 pathway Effects 0.000 claims description 31
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 26
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 17
- 238000000329 molecular dynamics simulation Methods 0.000 claims description 14
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 9
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 9
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 8
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 4
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 238000004510 Lennard-Jones potential Methods 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 2
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 2
- 101000760620 Homo sapiens Cell adhesion molecule 1 Proteins 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000010399 physical interaction Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
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,
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。 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.
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。 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.
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 used for an analysis method of a composite material and an analysis of a composite material capable of determining whether or not the crystal structure of the polymer existing between the fillers is a stretched chain. The purpose is to provide computer programs.
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する第6ステップと、
前記末端間距離と、前記経路長さとに基づいて、前記ポリマー経路が伸びきり鎖であるか否かを判定する第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. 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 analysis target region and the end from one end to the other end of the polymer pathway. The sixth step of calculating the distance and the path length of the polymer pathway,
It is characterized by including a seventh step of determining whether or not the polymer pathway is a stretched chain based on the distance between the ends and the path length.
本発明の複合材料の解析方法によれば、フィラー間経路の形状が伸びきり鎖であるか否かを判定することが可能となる。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。これらにより、伸びきり鎖の数も算出することが可能となり、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 method for analyzing a composite material of the present invention, it is possible to determine whether or not the shape of the path between fillers is a stretched chain. Therefore, the network of polymer materials formed in the composite material can be analyzed efficiently and accurately. As a result, it is possible to calculate the number of stretched chains and analyze the material properties of the composite material with high accuracy, so that the material properties (hysteresis) such as energy loss due to the deformation of the composite material can be calculated. The relationship with the nanostructure mechanism of composite materials can be further clarified. In addition, since the stretched chain is more likely to be cleaved than the non-stretched chain path, the relationship between the number of stretched chains and the mechanism such as breakage and breakage can be further clarified. .. As a result, detailed analysis of the Mullins effect and stress rise of the composite material can be performed.
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数を算出することができる。 In the method for analyzing a composite material of the present invention, it is preferable to calculate the number of stretched chains in the entire analysis model based on a specific region of the analysis model. According to this analysis method, even if the model is large, the number of stretched chains of the entire analysis model can be calculated 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 a time history in which the analysis result of the analysis model and the number of stretched chains are associated with each other. According to this analysis method, it is possible to confirm the change in the number 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の確認を容易に行うことができる。 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 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.
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.
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、フィラー間経路の形状が伸びきり鎖であるか否かを判定することが可能となる。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、複合材料のナノ構造と、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。 According to the computer program for analysis of the present invention, it is possible to determine whether or not the shape of the path between fillers is a stretched chain. Therefore, the network of polymer materials formed in the composite material can be analyzed efficiently and accurately. These make 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 path, the relationship between the nanostructure of the composite material and the mechanism such as breakage and breakage can be further clarified. ..
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, it is possible to realize 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.
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、ポリマー経路の一端部から他端部までの末端間距離と、ポリマー経路の経路長とを算出する第6ステップST16と、末端間距離と、経路長とに基づいて、評価経路が伸びきり鎖であるか否かを判定する第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 including a plurality of filler models modeling a model and a 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. Within the second analysis target region set around the first particle belonging to the particle group of the specific polymer model, which is partially present in the first analysis target region, and the second filler model different from the first filler model. The fifth step ST15 to extract the polymer pathway from the second particle belonging to the particle group of the specific polymer model in which a part of the polymer pathway is present, the distance between the ends from one end to the other end of the polymer pathway, and the polymer pathway. It includes a sixth step ST16 for calculating the path length of the polymer, and a seventh step ST17 for determining whether or not the evaluation path is a stretched chain based on the distance between the ends and the path length. 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
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
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
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
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
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
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
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。
The
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。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. Thereby, in the present embodiment, it is possible to calculate the time history in which the analysis result of the
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。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
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。また、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。 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. Further, in the present embodiment, in the deformation analysis performed under the first analysis condition and the second analysis condition different from the first analysis condition, the difference in the number of stretched chains when the strain is the same is calculated. It is preferable to integrate the calculated difference over the entire time.
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。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
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
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
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
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、領域位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。
Further, in the present embodiment, the shortest path between the representative point P1 and the representative point P2 of the
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
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
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。
Further, in the present embodiment, the first distance between the representative point P1 and the representative point P2 of the
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。
Further, in the method for analyzing a composite material according to the present embodiment, it is possible to visualize at least one of the
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。
Further, in the present embodiment, as the
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 determine whether or not the structure of the searched interfiller path is a stretched chain, so that the polymer network can be analyzed more accurately. 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。 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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
Next, the
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と判定する。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。次に、解析部52cは、解析した複合材料の解析結果を記憶部54に格納する。
Next, the
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。この場合、解析部52cは、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粒子との間のそれぞれの経路が伸びきり鎖であるか否かを判定し、ポリマーモデル21に存在する伸びきり鎖の数を算出することが好ましい。これにより、複合材料の解析方法は、第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間の特定のポリマーモデル21の複数の経路を解析し、かつポリマーモデル21に存在する伸び切り鎖の数を算出することができる。したがって、第1フィラーモデル11と第2フィラーモデル12との間のポリマーネットワークを更に効率良く解析することが可能となる。
The
解析部52cは、第1解析時間における第1粒子と第2粒子との間の第1経路と、第1解析時間とは異なる第2解析時間における第1粒子と第2粒子との間の第2経路とを解析することが好ましい。この場合、解析部52cは、第1経路と、第2経路とが伸びきり鎖であるか否かを判定することが好ましい。具体的には、解析部52cは、ポリマーモデル21に存在する伸び切り鎖の数の時刻歴を算出することが好ましい。これにより、複合材料の解析方法は、複数の解析時間における第1粒子と第2粒子との間の経路を解析できるので、複合材料の解析用モデル1の時刻歴における変化を解析することが可能となる。この結果、複合材料の解析方法は、例えば、伸張解析では、ポリマーモデルの伸張による経路の変化を解析することが可能となり、また緩和解析では、緩和解析によって得られるデータ数が増加するので、解析精度が更に向上する。
The
また、解析部52cは、ポリマーモデル21に存在する伸びきり鎖の数の時刻歴を可視化することが好ましい。これにより、複合材料の解析方法は、ポリマーモデル21に存在する伸びきり鎖の数の変化を確認することができる。
Further, it is preferable that the
また、解析部52cは、ポリマーモデル21に存在する伸びきり鎖の数の時刻歴に基づいて、異なる2つの時間に判定された伸びきり鎖の数の差分を算出することが好ましい。これにより、複合材料の解析方法は、伸びきり鎖の数の変化を算出することができる。この結果、伸びきり鎖の数の変化に応じた複合材料の特性を解析することが可能となり、解析制度が更に向上する。
Further, it is preferable that the
さらに、解析部52cは、モデル作成部52aによって作成された相互にパラメータが異なる第1フィラーモデル11及び第2フィラーモデル12を作成し、作成したポリマーモデル21の経路を解析してもよい。この場合、解析部52cは、第1フィラーモデル11及び第2フィラーモデル12のそれぞれに存在する伸びきり鎖の数を算出することが好ましい。これにより、複合材料の解析方法は、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との間の相互作用の強さ、体積分率、凝集構造などのフィラー形状がポリマーモデル21に与える影響を評価することができる。また、複合材料の解析方法は、第1フィラーモデル11及び第2フィラーモデル12との間の相互作用の強さ、体積分率、凝集構造などのフィラー形状がポリマーモデル21に存在する伸びきり鎖の数に与える影響を評価することができる。
Further, the
(実施例)
次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
(Example)
Next, an example carried out for clarifying the effect of the present invention will be described. The present invention is not limited to the following examples.
本発明者は、第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12との間に抽出されたポリマー経路から、所定の長さ以下のポリマー経路及び伸びきり鎖の割合を抽出した。ここで、所定の距離以下のポリマー経路とは、上述した最短距離に限らず、ユーザによって指定された解析をする必要のある長さを有するポリマー経路のことを意味する。
The present inventor extracted the polymer pathways having a predetermined length or less and the proportion of stretched chains from the polymer pathways extracted between the
図12は、抽出された所定の長さ以下のポリマー経路と、抽出された伸びきり鎖の割合を示す表である。図12に示すように、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経路のうち、所定の長さ以下のポリマー経路の割合が45%であり、伸びきり鎖の割合が12%であった。このように、本発明では、第1フィラーモデル11と、第2フィラーモデル12との間に存在するポリマー経路のうち、伸びきり鎖の割合を算出することができる。
FIG. 12 is a table showing the ratio of the extracted polymer pathways of a predetermined length or less and the extracted stretched chains. As shown in FIG. 12, among the polymer pathways existing between the
図13は、公称ひずみと、伸びきり鎖数を対応付けたグラフである。図12に示したように、本発明では、伸びきり鎖の割合を算出することができるので、図13に示すように、公称ひずみと、伸びきり鎖数とを対応付けたグラフを導出することができる。 FIG. 13 is a graph in which the nominal strain is associated with the number of stretched chains. As shown in FIG. 12, in the present invention, the ratio of the stretched chains can be calculated. Therefore, as shown in FIG. 13, a graph in which the nominal strain and the number of stretched chains are associated with each other is derived. Can be done.
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
Claims (7)
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する第6ステップと、
前記末端間距離と、前記経路長さとに基づいて、前記ポリマー経路が伸びきり鎖であるか否かを判定する第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
The sixth step of calculating the distance between the ends from one end to the other end of the polymer pathway and the path length of the polymer pathway.
A method for analyzing a composite material, comprising a seventh step of determining whether or not the polymer pathway is a stretched chain based on the distance between the ends and the path length.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018094074A JP7024594B2 (en) | 2018-05-15 | 2018-05-15 | Composite material analysis method and computer program for composite material analysis |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018094074A JP7024594B2 (en) | 2018-05-15 | 2018-05-15 | Composite material analysis method and computer program for composite material analysis |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019200547A JP2019200547A (en) | 2019-11-21 |
JP7024594B2 true JP7024594B2 (en) | 2022-02-24 |
Family
ID=68612143
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018094074A Active JP7024594B2 (en) | 2018-05-15 | 2018-05-15 | Composite material analysis method and computer program for composite material analysis |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7024594B2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017129977A (en) | 2016-01-19 | 2017-07-27 | 横浜ゴム株式会社 | Method of analysis of composite material and computer program for analysis of composite material |
JP2017220168A (en) | 2016-06-10 | 2017-12-14 | 横浜ゴム株式会社 | Method and computer program for analyzing composite material |
-
2018
- 2018-05-15 JP JP2018094074A patent/JP7024594B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017129977A (en) | 2016-01-19 | 2017-07-27 | 横浜ゴム株式会社 | Method of analysis of composite material and computer program for analysis of composite material |
JP2017220168A (en) | 2016-06-10 | 2017-12-14 | 横浜ゴム株式会社 | Method and computer program for analyzing composite material |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019200547A (en) | 2019-11-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6645205B2 (en) | Method of analyzing composite material and computer program for analyzing composite material | |
JP6708002B2 (en) | Composite material analysis method and computer program for composite material analysis | |
JP4594043B2 (en) | Rubber material simulation method | |
JP7243442B2 (en) | Composite material analysis method and computer program for composite material analysis | |
JP7305981B2 (en) | Material analysis method and material analysis computer program | |
JP6613724B2 (en) | Method for creating composite material analysis model, computer program for creating composite material analysis model, composite material simulation method, and composite material simulation computer program | |
JP6657679B2 (en) | Method for analyzing composite material, computer program for analyzing composite material, method for evaluating analysis result of composite material, and computer program for evaluating analysis result for composite material | |
JP6492440B2 (en) | Evaluation method of analysis result of specific substance, computer program for evaluation of analysis result of specific substance, analysis method of specific substance, simulation method of specific substance, and computer program for simulation of specific substance | |
JP6958112B2 (en) | Composite material analysis method and computer program for composite material analysis | |
JP7024593B2 (en) | Composite material analysis method and computer program for composite material analysis | |
JP4697870B2 (en) | Simulation method for viscoelastic materials | |
JP6244773B2 (en) | Composite material analysis model creation method, composite material analysis computer program, composite material simulation method, and composite material simulation computer program | |
JP2017220137A (en) | Method and computer program for creating aggregate analysis model, and method and computer program for analyzing composite material | |
JP6464796B2 (en) | Composite material analysis method, composite material analysis computer program, composite material analysis result evaluation method, and composite material analysis result evaluation computer program | |
JP7024594B2 (en) | Composite material analysis method and computer program for composite material analysis | |
JP6484921B2 (en) | Analysis method of specific substance and computer program for analysis | |
JP7275587B2 (en) | Composite material analysis method and computer program for composite material analysis | |
JP7056137B2 (en) | Analysis method of specific substance and computer program for analysis of specific substance | |
JP7006219B2 (en) | Analysis method of specific substance and computer program for analysis of specific substance | |
JP7056126B2 (en) | Analysis method of specific substance and computer program for analysis of specific substance | |
JP6834182B2 (en) | Composite material analysis model creation method, composite material analysis model creation computer program, composite material analysis method and composite material analysis computer program | |
JP6248501B2 (en) | Analysis method of specific substance and computer program for analysis | |
JP2017162331A (en) | Method and computer program for analyzing composite material | |
JP6759737B2 (en) | Method for creating a model for analysis of a composite material, computer program for creating a model for analysis of a composite material, method for analyzing a composite material, and computer program for analyzing a composite material | |
JP2020095497A (en) | Analysis method of composite material, and computer program for analysis of composite material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210507 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220111 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220124 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7024594 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |