WO2016013632A1 - Method for evaluating analysis results for specific substances, computer program for evaluating analysis results for specific substances, analysis method for specific substances, simulation method for specific substances, and computer program for simulation of specific substances - Google Patents
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Abstract
To provide a method for evaluating analysis results for specific substances, a computer program for evaluating analysis results for specific substances, an analysis method for specific substances, a simulation method for specific substances, and a computer program for simulation of specific substances, whereby actual measurement values for material characteristics of specific substances and simulation values for material characteristics of specific substances can be accurately matched, compared, and evaluated. This method for creating analysis models for specific substances includes: a first step in which mapping parameters are calculated on the basis of actual measurement results for material characteristics of specific substances and simulation results for material characteristics using an analysis model for specific substances; a second step in which the mapping parameters are used and the actual measurement results and simulation results for the material characteristics are converted; and a third step in which the actual measurement results and simulation results converted in the second step are compared and parameters for an analysis model for specific substances are determined.
Description
本発明は、特定物質の解析結果の評価方法、特定物質の解析結果の評価用コンピュータプログラム、特定物質の解析方法、特定物質のシミュレーション方法及び特定物質のシミュレーション用コンピュータプログラムに関し、特に、特定物質の材料特性のシミュレーション結果を評価する特定物質の解析結果の評価方法、特定物質の解析結果の評価用コンピュータプログラム、特定物質の解析方法、特定物質のシミュレーション方法及び特定物質のシミュレーション用コンピュータプログラムに関する。
The present invention relates to a method for evaluating a specific substance analysis result, a computer program for evaluating a specific substance analysis result, a method for analyzing a specific substance, a method for simulating a specific substance, and a computer program for simulating a specific substance. The present invention relates to an evaluation method for an analysis result of a specific substance for evaluating a simulation result of material characteristics, a computer program for evaluation of an analysis result of a specific substance, a method for analyzing a specific substance, a simulation method for a specific substance, and a computer program for simulation of a specific substance.
従来、自動車用タイヤなどに用いられる変性ポリマーとフィラーとを含む高分子材料のモデルの作成方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このモデルの作成方法では、変性ポリマーとフィラーとの間の相互作用を他の粒子間の相互作用より大きくして変性ポリマーとフィラーとを高分子材料中に分散させる。そして、変性ポリマーとフィラーとの間の相互作用を他の粒子間の相互作用より小さくして変性ポリマーの末端とフィラーとを反応させて高分子材料の解析用モデルを作成する。
Conventionally, a method for creating a model of a polymer material including a modified polymer and a filler used in automobile tires has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this model creation method, the interaction between the modified polymer and the filler is made larger than the interaction between other particles, and the modified polymer and the filler are dispersed in the polymer material. Then, the interaction between the modified polymer and the filler is made smaller than the interaction between other particles, and the terminal of the modified polymer and the filler are reacted to create a model for analyzing the polymer material.
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材料においては、フィラーの周囲に存在するポリマーの分子運動がコンパウンドの材料特性に大きな影響を与えることが予測される。このような複合材料の材料特性の発現のメカニズムを解明するためには、複合材料の解析用モデルを用いて取得した様々な条件下でのシミュレーション値と複合材料を用いて取得した材料特性の実測値とを比較して評価することが有効である。
By the way, in a composite material containing two or more kinds of substances such as a rubber containing a polymer and a filler, it is predicted that the molecular motion of the polymer existing around the filler greatly affects the material properties of the compound. In order to elucidate the mechanism of the development of material properties of such composite materials, simulation values under various conditions obtained using a model for analysis of composite materials and measurement of material properties obtained using composite materials It is effective to compare and evaluate the value.
しかしながら、従来の複合材料の解析結果の評価方法では、複合材料を用いて取得した材料特性の実測値と、実測値を取得した複合材料に条件を合わせて作成した複合材料の解析用モデルを用いて取得したシミュレーション値とが乖離する場合がある。このため、複合材料の材料特性の実測値とシミュレーション値とを高い精度で一致させて比較して評価できる複合材料の解析結果の評価方法が望まれている。
However, the conventional evaluation methods for composite material analysis results use the measured values of the material properties obtained using the composite material and the analysis model for the composite material created by adjusting the conditions to the composite material from which the measured value was obtained. There is a case where the simulation value obtained in this way deviates. For this reason, there is a demand for an evaluation method for the analysis result of a composite material that can be evaluated by matching the actual measurement value and the simulation value of the composite material with high accuracy.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、特定物質の材料特性の実測値と特定物質の材料特性のシミュレーション値とを精度良く一致させて比較して評価できる特定物質の解析結果の評価方法、特定物質の解析結果の評価用コンピュータプログラム、特定物質の解析方法、特定物質のシミュレーション方法及び特定物質のシミュレーション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 it is possible to analyze a specific substance that can be evaluated by comparing the measured value of the material characteristic of the specific substance with the simulation value of the material characteristic of the specific substance with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a result evaluation method, a computer program for evaluating the analysis result of a specific substance, a method for analyzing a specific substance, a method for simulating a specific substance, and a computer program for simulating a specific substance.
本発明の特定物質の解析結果の評価方法は、コンピュータを用いて分子動力学法により作成した特定物質の解析用モデルを用いて解析した解析結果の評価方法であって、特定物質を用いて取得した材料特性の実測結果及び特定物質の解析用モデルを用いて取得した材料特性のシミュレーション結果に基づいてマッピングパラメーターを算出する第１ステップと、前記マッピングパラメーターを用いて前記第１ステップで用いていない特定物質を用いて取得した材料特性の実測結果をシミュレーション結果に変換し、及び／又は、前記第１ステップで用いていない特定物質の解析用モデルを用いて取得した材料特性のシミュレーション結果を実測結果に変換する第２ステップと、前記第２ステップで変換した前記実測結果及び前記シミュレーション結果を比較して前記特定物質の解析用モデルのパラメーターを決定する第３ステップと、を含むことを特徴とする。
The method for evaluating the analysis result of a specific substance according to the present invention is an evaluation method for an analysis result analyzed using a model for analysis of a specific substance created by a molecular dynamics method using a computer, and obtained using the specific substance A first step of calculating a mapping parameter based on a simulation result of a material property obtained using an actual measurement result of the material property and a model for analyzing a specific substance, and the mapping parameter is not used in the first step The actual measurement result of the material property acquired using the specific substance is converted into the simulation result, and / or the simulation result of the material property acquired using the analysis model for the specific substance not used in the first step is the actual measurement result. A second step of converting into the second step, the actual measurement result converted in the second step, and the simulation Compares ® emission results, characterized in that it comprises a third step of determining the parameters of the analysis model of the specific substance.
本発明の特定物質の解析結果の評価方法によれば、特定物質の材料特性の実測結果及び特定物質の解析用モデルを用いたシミュレーション結果に基づいてマッピングパラメーターを決定する。そして、決定したマッピングパラメータを用いて複合材料の解析用モデルのパラメータを決定するので、特定物質の材料特性の実測値と特定物質の材料特性のシミュレーション値とを精度良く一致させて比較して評価できる特定物質の解析結果の評価方法を実現できる。
According to the evaluation method of the analysis result of the specific substance of the present invention, the mapping parameter is determined based on the actual measurement result of the material property of the specific substance and the simulation result using the analysis model of the specific substance. Then, the parameters for the analysis model of the composite material are determined using the determined mapping parameters, so that the measured values of the material characteristics of the specific substance and the simulation values of the material characteristics of the specific substance are accurately matched and compared for evaluation. A method for evaluating the analysis results of specific substances that can be realized.
本発明の特定物質の解析結果の評価方法においては、前記第１ステップにおいて、前記特定物質の材料特性の特性曲線を用いて前記実測結果と前記シミュレーション結果とを対比して前記マッピングパラメーターを算出することが好ましい。この方法により、特定物質の材料特性のコンパウンド特性に基づいてマッピングパラメーターを算出することが可能となる。
In the evaluation method of the analysis result of the specific substance of the present invention, in the first step, the mapping parameter is calculated by comparing the actual measurement result and the simulation result using a characteristic curve of the material characteristic of the specific substance. It is preferable. This method makes it possible to calculate the mapping parameter based on the compound characteristic of the material characteristic of the specific substance.
本発明の特定物質の解析結果の評価方法においては、前記第１ステップにおいて、前記特定物質として未加硫ゴムを用いて前記マッピングパラメーターを算出することが好ましい。この方法により、特定物質の材料特性の実測値とシミュレーション値とを用いて特定物質の架橋密度などの架橋構造を評価することが可能となる。
In the evaluation method of the analysis result of the specific substance of the present invention, it is preferable that the mapping parameter is calculated using unvulcanized rubber as the specific substance in the first step. By this method, it is possible to evaluate the cross-linking structure such as the cross-linking density of the specific substance using the actual measurement value and the simulation value of the material characteristic of the specific substance.
本発明の特定物質の解析結果の評価方法においては、前記第１ステップにおいて、前記特定物質としてフィラー未配合のゴムを用いて前記マッピングパラメーターを算出することが好ましい。この方法により、特定物質の材料特性の実測値とシミュレーション値とを用いてフィラーとポリマーとの間の相互作用を評価することが可能となる。
In the evaluation method of the analysis result of the specific substance of the present invention, it is preferable that in the first step, the mapping parameter is calculated using a rubber not compounded with the filler as the specific substance. By this method, it is possible to evaluate the interaction between the filler and the polymer using the actual measurement value and the simulation value of the material property of the specific substance.
本発明の特定物質の解析結果の評価用コンピュータプログラムは、上記特定物質の解析結果の評価方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。
The computer program for evaluating the analysis result of a specific substance according to the present invention causes the computer to execute the method for evaluating the analysis result of the specific substance.
本発明の特定物質の解析結果の評価用コンピュータプログラムによれば、特定物質の材料特性の実測結果及び特定物質の解析用モデルを用いたシミュレーション結果に基づいてマッピングパラメーターを決定するので、特定物質の材料特性の実測値と特定物質の材料特性のシミュレーション値とを精度良く一致させて比較して評価できる。
According to the computer program for evaluating the analysis result of the specific substance of the present invention, the mapping parameter is determined based on the actual measurement result of the material property of the specific substance and the simulation result using the analysis model of the specific substance. The measured value of the material property and the simulation value of the material property of the specific substance can be compared and evaluated with high accuracy.
本発明の特定物質の解析方法は、上記特定物質の解析結果の評価方法で得られた特定物質の解析用モデルのパラメーターを用いて特定物質の架橋構造を解析することを特徴とする。
The method for analyzing a specific substance of the present invention is characterized in that the cross-linking structure of the specific substance is analyzed using the parameters of the analysis model for the specific substance obtained by the method for evaluating the analysis result of the specific substance.
本発明の特定物質の解析方法によれば、特定物質のシミュレーション値を用いて特定物質の実測時の架橋構造を解析することが可能となる。
According to the method for analyzing a specific substance of the present invention, it is possible to analyze the cross-linked structure at the time of actual measurement of the specific substance using the simulation value of the specific substance.
本発明の特定物質の解析方法は、上記特定物質の解析結果の評価方法で得られた特定物質の解析用モデルのパラメーターを用いて特定物質に含まれる第１物質と第２物質との間の相互作用を解析することを特徴とする。
The specific substance analysis method of the present invention uses the parameters of the analysis model of the specific substance obtained by the above-described evaluation method for the analysis result of the specific substance, between the first substance and the second substance contained in the specific substance. It is characterized by analyzing the interaction.
本発明の特定物質の解析方法によれば、特定物質のシミュレーション値を用いて特定物質の実測時の第１物質と第２物質との間の相互作用を解析することが可能となる。
According to the method for analyzing a specific substance of the present invention, it is possible to analyze the interaction between the first substance and the second substance when the specific substance is actually measured using the simulation value of the specific substance.
本発明の特定物質のシミュレーション方法は、上記特定物質の解析方法により解析した架橋構造を用いて分子動力学法を用いた計算を実施することを特徴とする。
The simulation method for a specific substance of the present invention is characterized in that a calculation using a molecular dynamics method is performed using a cross-linked structure analyzed by the analysis method for the specific substance.
本発明の特定物質のシミュレーション方法によれば、特定物質の実測時の架橋構造を再現したシミュレーションを実行することができる。
According to the simulation method for a specific substance of the present invention, it is possible to execute a simulation that reproduces the cross-linked structure when the specific substance is actually measured.
本発明の特定物質のシミュレーション方法は、上記特定物質の解析方法により解析した第１物質と第２物質との間の相互作用を用いて分子動力学法を用いた計算を実施することを特徴とする。
The specific substance simulation method of the present invention is characterized in that the calculation using the molecular dynamics method is performed using the interaction between the first substance and the second substance analyzed by the specific substance analysis method. To do.
本発明の特定物質のシミュレーション方法によれば、特定物質の実測時の第１物質と第２物質との間の相互作用を再現したシミュレーションを実行することができる。
According to the simulation method for a specific substance of the present invention, it is possible to execute a simulation that reproduces the interaction between the first substance and the second substance when the specific substance is actually measured.
本発明の特定物質のシミュレーション用コンピュータプログラムは、上記特定物質のシミュレーション方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。
The computer program for simulation of a specific substance of the present invention is characterized by causing a computer to execute the simulation method of the specific substance.
本発明の特定物質のシミュレーション用コンピュータプログラムによれば、特定物質の実測時の材料特性を再現したシミュレーションを実行させることができる。
According to the computer program for simulation of a specific substance of the present invention, it is possible to execute a simulation that reproduces the material characteristics at the time of actual measurement of the specific substance.
本発明によれば、特定物質の材料特性の実測値と特定物質の材料特性のシミュレーション値とを精度良く一致させて比較して評価できる特定物質の解析結果の評価方法、特定物質の解析結果の評価用コンピュータプログラム、特定物質の解析方法、特定物質のシミュレーション方法及び特定物質のシミュレーション用コンピュータプログラムを実現できる。
According to the present invention, the evaluation method of the analysis result of the specific substance, which can be evaluated by comparing the measured value of the material characteristic of the specific substance with the simulation value of the material characteristic of the specific substance with high accuracy, and the analysis result of the specific substance An evaluation computer program, a specific substance analysis method, a specific substance simulation method, and a specific substance simulation computer program can be realized.
以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can implement by changing suitably.
本実施の形態に係る特定物質の解析結果の評価方法は、コンピュータを用いて分子動力学法により作成した特定物質の解析用モデルを用いて解析した解析結果の評価方法であって、特定物質を用いて取得した材料特性の実測結果及び特定物質の解析用モデルを用いて取得した材料特性のシミュレーション結果に基づいてマッピングパラメーターを算出する第１ステップと、マッピングパラメーターを用いて第１ステップで用いていない特定物質を用いて取得した材料特性の実測結果をシミュレーション結果に変換し、及び／又は、マッピングパラメーターを用いて第１ステップで用いていない特定物質の解析用モデルを用いて取得した材料特性のシミュレーション結果を実測結果に変換する第２ステップと、第２ステップで変換して実測結果及びシミュレーション結果を比較して特定物質の解析用モデルのパラメーターを決定する第３ステップと、を含む。まず、本実施の形態に係る特定物質の解析結果の評価方法に用いられる解析用モデルについて説明する。
The evaluation method of the analysis result of the specific substance according to the present embodiment is an evaluation method of the analysis result analyzed using the analysis model of the specific substance created by the molecular dynamics method using a computer, The first step of calculating the mapping parameter based on the actual measurement result of the material property acquired using the simulation result of the material property acquired using the analysis model for the specific substance, and the first step using the mapping parameter. The actual measurement results of material properties obtained using non-specific substances are converted into simulation results and / or the material properties obtained using the analysis model for specific materials that are not used in the first step using mapping parameters. The second step of converting the simulation result into the actual measurement result and the second step to convert the simulation result into the actual measurement result And a third step of determining the parameters of the analysis model of a specific substance by comparing the simulation result. First, an analysis model used for the evaluation method of the analysis result of the specific substance according to the present embodiment will be described.
図１は、本実施の形態に係る特定物質の解析結果の評価方法で使用される解析用モデル１の一例を示す概念図である。図１に示すように、本実施の形態に係る特定物質の解析用モデル１は、仮想空間内に設けられたモデル化領域内に作成された複数のフィラーモデル１１及び複数のポリマーモデル１２が略球状体に集合して解析対象となる特定物質がモデル化されたものである。なお、本実施の形態では、解析対象となる特定物質がフィラー（第１物質）及び高分子材料であるポリマー（第２物質）を含有する複合材料である例について説明するが、本発明は、２種類の物質を含有する複合材料以外にも各種材料に適用可能である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of an analysis model 1 used in the method for evaluating an analysis result of a specific substance according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the analysis model 1 for a specific substance according to the present embodiment includes a plurality of filler models 11 and a plurality of polymer models 12 created in a modeling region provided in a virtual space. A specific substance that is collected into a spherical body to be analyzed is modeled. In the present embodiment, an example in which the specific substance to be analyzed is a composite material containing a filler (first substance) and a polymer (second substance) that is a polymer material will be described. The present invention can be applied to various materials other than composite materials containing two kinds of substances.
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。フィラーモデル１１は、複数のフィラー原子及び複数のフィラー原子の集合体としてのフィラー粒子１１ａが集合した略球状体としてモデル化される。フィラーモデル１１は、フィラー粒子１１ａ間の結合鎖１３によって各フィラー粒子１１ａの相対位置が特定される。この結合鎖１３は、フィラーモデル１１の各フィラー粒子１１ａ間を拘束している。このフィラーモデル１１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の質量、体積、直径及び初期座標などを含む）である。フィラーモデル１１の数値データは、コンピュータに入力される。
Examples of fillers include carbon black, silica, and alumina. The filler model 11 is modeled as a substantially spherical body in which a plurality of filler atoms and filler particles 11a as an aggregate of a plurality of filler atoms are aggregated. In the filler model 11, the relative position of each filler particle 11a is specified by the bond chain 13 between the filler particles 11a. The bonding chain 13 restrains between the filler particles 11 a of the filler model 11. The filler model 11 is numerical data (including the mass, volume, diameter, initial coordinates, and the like of the filler particles 11a) for handling the filler by molecular dynamics. Numerical data of the filler model 11 is input to the computer.
ポリマーとしては、例えば、ゴム、樹脂、及びエラストマーなどが含まれる。ポリマーには、フィラーとの親和性を高める変性剤が必要に応じて配合される。この変性剤としては、例えば、水酸基、カルボニル基、及び原子団の官能基などが含まれる。ポリマーモデル１２は、複数のポリマー原子及び複数のポリマー原子の集合体であるポリマー粒子１２ａが結合鎖を介して連結されたものである。ポリマーモデル１２は、フィラーモデル１１と同様に、ポリマー粒子１２ａ間の結合鎖１４によって各ポリマー粒子１２ａの相対位置が特定される。この結合鎖１４は、ポリマーモデル１２の各ポリマー粒子１２ａ間を拘束している。このポリマーモデル１２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１２ａ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１２の数値データは、コンピュータに入力される。
Examples of the polymer include rubber, resin, and elastomer. A modifier is added to the polymer as needed to enhance the affinity with the filler. Examples of the modifier include a hydroxyl group, a carbonyl group, and a functional group of an atomic group. The polymer model 12 includes a plurality of polymer atoms and polymer particles 12a that are aggregates of a plurality of polymer atoms connected via a bond chain. In the polymer model 12, as in the filler model 11, the relative position of each polymer particle 12a is specified by the bonding chain 14 between the polymer particles 12a. The bonding chain 14 restrains the polymer particles 12 a of the polymer model 12. The polymer model 12 is numerical data (including the mass, volume, diameter, initial coordinates, and the like of the polymer particle 12a) for handling the polymer by molecular dynamics. Numerical data of the polymer model 12 is input to a computer.
フィラーモデル１１及びポリマーモデル１２は、フィラー粒子１１ａとポリマー粒子１２ａとの間の結合鎖１５によって各フィラー粒子１１ａ、及び各ポリマー粒子１２ａの相対位置が特定される。この結合鎖１５は、各フィラー粒子１１ａ及び各ポリマー粒子１２ａを拘束している。
In the filler model 11 and the polymer model 12, the relative positions of the filler particles 11a and the polymer particles 12a are specified by the bonding chains 15 between the filler particles 11a and the polymer particles 12a. This bonding chain 15 restrains each filler particle 11a and each polymer particle 12a.
結合鎖１３、１４、１５は、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する。また、結合鎖１３、１４、１５は、フィラー粒子１１ａ及びポリマー粒子１２ａの相対位置及び捻り、曲げなどによって力が発生するポテンシャルが定義されているボンドである。このように、結合鎖１３、１４、１５を含めてモデル化することにより、結合鎖１３、１４、１５の影響も考慮してフィラーモデル１１及びポリマーモデル１２を解析できるので、特定材料を形成するフィラーモデル１１及びポリマーモデル１２のフィラー粒子１１ａ、及びポリマー粒子１２ａの解析の精度が向上する。なお、本実施の形態では、結合鎖１３、１４、１５をモデル化した例について説明するが、結合鎖１３、１４、１５は必ずしもモデル化する必要はない。
The binding chains 13, 14, and 15 have a function as a spring in which an equilibrium length and a spring constant are defined. The bond chains 13, 14, and 15 are bonds in which the relative positions of the filler particles 11a and the polymer particles 12a and the potential at which a force is generated by twisting, bending, or the like are defined. In this way, by modeling including the bond chains 13, 14, and 15, the filler model 11 and the polymer model 12 can be analyzed in consideration of the influence of the bond chains 13, 14, and 15, so that a specific material is formed. The accuracy of analysis of the filler particles 11a and the polymer particles 12a of the filler model 11 and the polymer model 12 is improved. In this embodiment, an example in which the bonding chains 13, 14, and 15 are modeled will be described. However, the bonding chains 13, 14, and 15 are not necessarily modeled.
次に、本実施の形態に係る解析用モデル１を用いた複合材料の材料特性の解析について説明する。なお、以下においては、解析用モデル１を用いた複合材料の伸張解析について説明するが、材料特性の解析は伸張解析に制限されるものではなく、各種材料特性の解析に適用可能である。
Next, the analysis of the material characteristics of the composite material using the analysis model 1 according to the present embodiment will be described. In the following, the elongation analysis of the composite material using the analysis model 1 will be described. However, the analysis of the material properties is not limited to the elongation analysis, and can be applied to the analysis of various material properties.
図２Ａ及び図２Ｂは、本実施の形態に係る解析用モデル１を用いた伸張解析の説明図である。図２Ａに示すように、図１に示した初期状態から伸張解析を開始して所定時間が経過すると、フィラーモデル１１の周囲のポリマーモデル１２が引き伸ばされて徐々にフィラーモデル１１から離れた状態となる。そして、図２Ｂに示すように、図２Ａに示した状態から更に時間が経過すると、ポリマーモデル１２が更に分散してフィラーモデル１１から大きく離れた状態となる。このように、解析用モデル１を用いた伸張解析を行うことにより、フィラーモデル１１の近傍に存在していたポリマーモデル１２の所定時間後における位置を特定できるので、フィラーモデル１１とポリマーモデル１２との相互作用の強度を解析することが可能となる。
FIG. 2A and FIG. 2B are explanatory diagrams of extension analysis using the analysis model 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 2A, when a predetermined time elapses after starting the extension analysis from the initial state shown in FIG. 1, the polymer model 12 around the filler model 11 is stretched and gradually separated from the filler model 11. Become. Then, as shown in FIG. 2B, when a further time elapses from the state shown in FIG. 2A, the polymer model 12 is further dispersed and greatly separated from the filler model 11. As described above, by performing the extension analysis using the analysis model 1, the position of the polymer model 12 existing in the vicinity of the filler model 11 after a predetermined time can be specified. Therefore, the filler model 11, the polymer model 12, It is possible to analyze the strength of the interaction.
図３は、未架橋の複合材料を用いた伸張試験結果と伸張解析結果とを示す図である。なお、図３においては、横軸にひずみを示し、左の縦軸に伸張試験結果の応力の実測値を示し、右の縦軸に伸張解析結果の応力のシミュレーション値を示している。また、未架橋の複合材料を用いた伸張試験結果を実線Ｌ１に示し、未架橋の複合材料を用いた伸張解析結果を実線Ｌ２に示している。
FIG. 3 is a diagram showing an extension test result and an extension analysis result using an uncrosslinked composite material. In FIG. 3, the horizontal axis represents strain, the left vertical axis represents the actual stress value of the extension test result, and the right vertical axis represents the stress simulation value of the extension analysis result. In addition, an extension test result using an uncrosslinked composite material is indicated by a solid line L1, and an extension analysis result using an uncrosslinked composite material is indicated by a solid line L2.
図３に示すように、本実施の形態では、未架橋の複合材料の伸張試験結果（以下、「実測結果」ともいう）と未架橋の複合材料の伸張解析結果（以下、「シミュレーション結果」ともいう）とを対比し、実測結果とシミュレーション結果とを対比してマッピングパラメーターを算出する。例えば、図３に示す例では、実線Ｌ１の値と実線Ｌ２の値とを対比し、実測結果からシミュレーション結果へ変換するためのマッピングパラメーターが０．１６として算出される。このマッピングパラメーターとは、複合材料を用いて取得した材料特性の実測結果と複合材料の解析用モデルを用いて取得した材料特性のシミュレーション結果を関係付けるパラメーターである。マッピングパラメーターは、実測結果に対して積算することにより実測結果の実測値をシミュレーション値に変換することを可能とする。また、マッピングパラメーターは、マッピングパラメーターの逆数をシミュレーション結果に積算することにより、シミュレーション値を実測値に変換することを可能とする。
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the uncrosslinked composite material extension test result (hereinafter also referred to as “measurement result”) and the uncrosslinked composite material extension analysis result (hereinafter referred to as “simulation result”). Mapping parameter is calculated by comparing the actual measurement result and the simulation result. For example, in the example shown in FIG. 3, the value of the solid line L1 is compared with the value of the solid line L2, and the mapping parameter for converting from the actual measurement result to the simulation result is calculated as 0.16. This mapping parameter is a parameter that correlates the actual measurement result of the material property acquired using the composite material and the simulation result of the material property acquired using the analysis model of the composite material. The mapping parameter makes it possible to convert an actual measurement value of the actual measurement result into a simulation value by adding up to the actual measurement result. In addition, the mapping parameter makes it possible to convert a simulation value into an actual measurement value by adding the inverse of the mapping parameter to the simulation result.
マッピングパラメーターは、伸張試験結果の実測値と伸張解析結果のシミュレーション値との誤差が最小になる値を用いて算出してもよく、特定条件での物理量がほぼ一致する値を用いて算出してもよい。例えば、図３に示す例では、マッピングパラメーターは、ひずみが０から１．５となる範囲の伸張試験結果の実測値と伸張解析結果のシミュレーション値との誤差が最小になる値を用いて算出してもよく、ひずみが１から１．５となる特定範囲での伸張試験結果の実測値と伸張解析結果のシミュレーション値との誤差が最小になる値を用いて算出してもよい。
The mapping parameter may be calculated using a value that minimizes the error between the actually measured value of the extension test result and the simulation value of the extension analysis result, or calculated using a value that substantially matches the physical quantity under a specific condition. Also good. For example, in the example shown in FIG. 3, the mapping parameter is calculated using a value that minimizes the error between the actually measured value of the extension test result in the range where the strain is 0 to 1.5 and the simulation value of the extension analysis result. Alternatively, it may be calculated by using a value that minimizes an error between the actually measured value of the extension test result and the simulation value of the extension analysis result in a specific range where the strain is 1 to 1.5.
また、マッピングパラメーターは、伸張試験結果の実測値と伸張解析結果のシミュレーション値とを演算処理した値で算出してもよい。例えば、図３に示す例では、ひずみの値を用いて算出しているが、このひずみに応力を積算したエネルギーの値で伸張試験結果の実測値と伸張解析結果のシミュレーション値とを対比してマッピングパラメーターを算出してもよい。また、マッピングパラメーターを算出する際には、伸張試験結果の実測値と伸張解析結果のシミュレーション値とを数値で対比して算出してもよく、グラフ化した伸張試験結果の実測値と伸張解析結果のシミュレーション値との差を目視で比較して算出してもよい。
Further, the mapping parameter may be calculated by a value obtained by performing an arithmetic processing on the actual measurement value of the extension test result and the simulation value of the extension analysis result. For example, in the example shown in FIG. 3, the strain value is used for the calculation, but the stress value obtained by adding the stress to the strain is compared with the measured value of the extension test result and the simulation value of the extension analysis result. Mapping parameters may be calculated. In addition, when calculating the mapping parameter, the measured value of the extension test result and the simulation value of the extension analysis result may be compared numerically, or the measured value of the graphed extension test result and the extension analysis result may be calculated. The difference from the simulation value may be calculated by visual comparison.
また、マッピングパラメーターを算出する際には、伸張試験結果の実測値と伸張解析結果のシミュレーション値との力学的な特性曲線を用いて算出してもよい。これにより、複合材料の材料特性のコンパウンド特性に基づいてマッピングパラメーターを算出することが可能となる。特性曲線としては、マッピングパラメーターの算出に用いることができるものであれば特に制限はなく、例えば、応力ひずみ曲線（ＳＳ曲線：ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅ）、周波数特性曲線、ヒステリシス曲線、粘弾性曲線などの力学的な応答曲線が挙げられる。
Further, when calculating the mapping parameter, the mapping parameter may be calculated by using a dynamic characteristic curve of the actually measured value of the extension test result and the simulation value of the extension analysis result. Thereby, the mapping parameter can be calculated based on the compound characteristic of the material characteristic of the composite material. The characteristic curve is not particularly limited as long as it can be used for calculating the mapping parameter. For example, a stress-strain curve (SS curve), a frequency characteristic curve, a hysteresis curve, a viscoelastic curve, etc. An example is a dynamic response curve.
このように算出したマッピングパラメーターを用いることにより、複合材料の解析用モデルのパラメーターを決定することが可能となる。この複合材料の解析用モデルのパラメーターとは、例えば、架橋密度及びフィラーポリマー間の相互作用のパラメーターである。この複合材料の解析用モデルのパラメーターを用いることにより、例えば、複合材料としてフィラー未配合のゴムを用いた材料特性のシミュレーション結果のシミュレーション値と複合材料の材料特性の実測結果の実測値とを対比して評価することが可能となる。これにより、例えば、フィラーとポリマーとの間の相互作用を評価することが可能となるので、得られた複合材料の解析用モデルのパラメーターを用いて実際の複合材料をモデル化することにより、フィラーの形状及びフィラー－ポリマー間の結合位置などの探索及びフィラー近傍のポリマーの運動の再現ができる。
By using the mapping parameters calculated in this way, it is possible to determine the parameters of the composite material analysis model. The parameters of the analysis model of the composite material are, for example, parameters of the crosslink density and the interaction between the filler polymers. By using the parameters of the analysis model of this composite material, for example, the simulation value of the simulation result of the material property using rubber not containing filler as the composite material is compared with the actual measurement value of the measurement result of the material property of the composite material. And can be evaluated. This makes it possible, for example, to evaluate the interaction between the filler and the polymer, so by modeling the actual composite material using the parameters of the obtained composite material analysis model, The shape and the bonding position between the filler and the polymer can be searched, and the motion of the polymer in the vicinity of the filler can be reproduced.
図４は、加硫後の複合材料を用いた伸張試験結果と伸張解析結果とを示す図である。なお、図４においては、図３と同様に、横軸にひずみを示し、左の縦軸に伸張試験結果の応力の実測値を示し、右の縦軸に伸張解析結果の応力のシミュレーション値を示している。また、加硫後の複合材料を用いた伸張試験結果を実線Ｌ３に示し、架橋点数が低い複合材料を用いた伸張解析結果を実線Ｌ４に示し、架橋点数が中程度の複合材料を用いた伸張解析結果を実線Ｌ５に示し、架橋点数が高い複合材料を用いた伸張解析結果を実線Ｌ６に示している。
FIG. 4 is a diagram showing an extension test result and an extension analysis result using the composite material after vulcanization. In FIG. 4, as in FIG. 3, the horizontal axis indicates strain, the left vertical axis indicates the actual stress value of the extension test result, and the right vertical axis indicates the stress simulation value of the extension analysis result. Show. Also, the extension test result using the composite material after vulcanization is shown by a solid line L3, the extension analysis result using a composite material having a low number of crosslinking points is shown by a solid line L4, and the extension using a composite material having a medium number of crosslinking points. The analysis result is shown by a solid line L5, and the extension analysis result using a composite material having a high number of crosslinking points is shown by a solid line L6.
図４に示す例では、まず所定の架橋密度の複合材料を用いて伸張試験を実施して実測値を取得した後、取得した実測値に算出したマッピングパラメーターを積算してシミュレーション値を取得する。そして、取得した実測値と算出したシミュレーション値とを比較してマッピングパラメーターを決定する。次に、決定したマッピングパラメーターを用いて複合材料の解析用モデルのパラメーターを決定する。そして、架橋点数が異なる３つの複合材料を作成して伸張解析によりシミュレーション値を取得する。次に、複合材料の解析用モデルのパラメーターを用いて、伸張解析結果に基づいて取得したシミュレーション値と伸張試験結果の実測値とを対比することにより、加硫済みの複合材料のひずみの実測値を再現するために必要な架橋点数を探索することが可能となる。図３に示す例では、実線Ｌ５で示した中程度の架橋点数とすることにより、複合材料のひずみの実測値を再現できる複合材料の解析用モデルの架橋点数を判定することが可能となる。
In the example shown in FIG. 4, an extension test is first performed using a composite material having a predetermined crosslink density to obtain an actual measurement value, and then the calculated mapping parameter is integrated into the obtained actual measurement value to obtain a simulation value. Then, the mapping parameter is determined by comparing the acquired actual measurement value with the calculated simulation value. Next, parameters of the composite material analysis model are determined using the determined mapping parameters. Then, three composite materials having different numbers of cross-linking points are created, and simulation values are acquired by extension analysis. Next, using the parameters of the analysis model for the composite material, the measured value of the strain of the vulcanized composite material is compared by comparing the simulation value obtained based on the extension analysis result with the actual value of the extension test result. It is possible to search for the number of crosslinking points necessary to reproduce the above. In the example shown in FIG. 3, by setting the intermediate number of cross-linking points indicated by the solid line L5, it is possible to determine the number of cross-linking points of the composite material analysis model that can reproduce the actual measurement value of the composite material strain.
また、複合材料を用いた材料特性の実測結果としては、未加硫ゴム及びフィラー未配合のゴムの材料特性の実測結果を用いることが好ましい。これにより、複合材料の材料特性の実測値とシミュレーション値とを用いて複合材料の架橋密度などの架橋構造及びフィラーポリマー間の相互作用を評価することが可能となる。この場合、シミュレーションに用いる未加硫ゴムとしては、架橋結合を含まない解析用モデルを用いる。
Also, as the actual measurement results of the material characteristics using the composite material, it is preferable to use the actual measurement results of the material characteristics of the unvulcanized rubber and the rubber not containing the filler. This makes it possible to evaluate the cross-linking structure such as the cross-linking density of the composite material and the interaction between the filler polymers using the actual measurement value and the simulation value of the material characteristics of the composite material. In this case, as the unvulcanized rubber used for the simulation, an analysis model that does not include a crosslink is used.
なお、図４に示した例では、３つのサンプルを用いて架橋形態を探索する例について説明したが、サンプル数を増やして繰り返し計算を実行して最適化することにより、最適解を得ることもできる。また、架橋密度及び架橋形態を探索する場合には、モデル化した複合材料の全体を探索の対象としてもよい。また、例えば、フィラーモデルの近傍などモデル化した複合材料の一部を探索対象としてもよい。
In the example shown in FIG. 4, the example in which the cross-linking form is searched using three samples has been described. However, an optimal solution may be obtained by performing optimization by repeatedly performing calculation by increasing the number of samples. it can. Further, when searching for the crosslinking density and the crosslinking form, the entire modeled composite material may be searched. Further, for example, a part of the modeled composite material such as the vicinity of the filler model may be a search target.
また、本実施の形態に係る複合材料のシミュレーション方法は、上述した複合材料の解析用モデルを用いた解析方法により解析した架橋構造又はフィラーとポリマーとの間の相互作用を用いて分子動力学法を用いた計算により特定物質の材料特性を解析する。これにより、複合材料でのフィラーとポリマーとの相互作用及び架橋構造を再現したシミュレーションを実施することができる。この場合、フィラーモデル１１と全ポリマーモデル１２との間の相互作用を設定してもよく、ポリマーモデル１２の一部とフィラーモデル１１との間には異なる相互作用を設定してもよい。これにより、末端変性ポリマーなどの一部のポリマーと及びフィラーとの間の相互作用、並びに、２種類のポリマーＡ、Ｂとの間の相互作用などを実測することが可能となる。
In addition, the simulation method of the composite material according to the present embodiment is a molecular dynamics method using a cross-linked structure or an interaction between a filler and a polymer analyzed by the analysis method using the analysis model of the composite material described above. Analyze the material properties of specific substances by calculation using. Thereby, the simulation which reproduced the interaction and the crosslinked structure of the filler and polymer in a composite material can be implemented. In this case, an interaction between the filler model 11 and the whole polymer model 12 may be set, or a different interaction may be set between a part of the polymer model 12 and the filler model 11. Thereby, it is possible to actually measure the interaction between a part of the polymer such as the terminal-modified polymer and the filler, the interaction between the two types of polymers A and B, and the like.
次に、本実施の形態に係る特定物質の解析結果の評価方法及び特定物質のシミュレーション方法について詳細に説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る特定物質の解析結果の評価方法及び特定物質のシミュレーション方法を実行する解析装置の機能ブロック図である。
Next, the evaluation method of the analysis result of the specific substance and the simulation method of the specific substance according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 5 is a functional block diagram of an analysis apparatus that executes the evaluation method of the analysis result of the specific substance and the simulation method of the specific substance according to the embodiment of the present invention.
図５に示すように、本実施の形態に係る特定物質の解析結果の評価方法及び特定物質のシミュレーション方法は、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. 5, the analysis method 50 that is a computer including a processing unit 52 and a storage unit 54 implements the evaluation method of the analysis result of the specific material and the simulation method of the specific material according to the present embodiment. This analysis device 50 is electrically connected to an input / output device 51 having an input means 53. The input means 53 processes various physical property values of the polymer and filler for which a composite material analysis model is to be created, the actual measurement result of the extension test result using the composite material containing the polymer and filler, and the boundary conditions in the analysis. Input to the unit 52 or the storage unit 54. As the input means 53, for example, an input device such as a keyboard and a mouse is used.
処理部５２は、例えば、中央演算装置（ＣＰＵ：ＣｅｎｔｒａＬ１ 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シミュレーション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: CentralL1 Processing Unit) and a memory. The processing unit 52 reads a computer program from the storage unit 54 and develops it in a memory when executing various processes. The computer program expanded in the memory executes various processes. For example, the processing unit 52 expands data relating to various processes stored in advance from the storage unit 54 to an area allocated to itself on the memory as necessary, and analyzes the composite material based on the expanded data. Various processes related to the simulation of the composite material using the model creation and the composite material analysis model are executed.
処理部５２は、モデル作成部５２ａと、条件設定部５２ｂと、解析部５２ｃとを含む。モデル作成部５２ａは、予め記憶部５４に記憶されたデータに基づき、分子動力学法により特定物質の解析用モデルを作成する際のフィラー及びポリマーなどの特定物質の粒子数、分子数、分子量、分子鎖長、分子鎖数、分岐、形状、大きさ、反応時間、反応条件及び作成する解析用モデルに含まれる分子数である目標分子数などの構成要素の配置、設定及び計算ステップ数などの粗視化モデルの設定、分子鎖間などの相互作用などの各種計算パラメーターの初期条件の設定を行う。
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 is based on the data stored in the storage unit 54 in advance, and the number of particles, the number of molecules, the molecular weight of the specific material such as filler and polymer when creating a model for analysis of the specific material by the molecular dynamics method, Molecular chain length, number of molecular chains, branching, shape, size, reaction time, reaction conditions, and the number of molecules included in the analysis model to be created Set coarse-grained models and initial conditions for various calculation parameters such as interactions between molecular chains.
フィラー粒子１１ａ間の相互作用及びポリマー粒子１２ａ間の相互作用を調整する計算パラメーターとしては、下記式（１）で表されるレナード・ジョーンズポテンシャルのσ、εを用い、これらが調整される。ポテンシャルを計算する上限距離（カットオフ距離）を大きくすることで、遠距離まで働いた引力、斥力を調整できる。なお、フィラー粒子１１ａ間の相互作用及びポリマー粒子１２ａ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１２ａ間の相互作用のパラメーターを小さくすることが好ましい。レナード・ジョーンズポテンシャルのσ、εを大きな値から徐々に本来の値に近づけることにより、分子を不自然な状態に導かない穏やかな速度で粒子の接近を行うことができる。また、カットオフ距離も徐々に小さくすることにより、適正な範囲で引力、斥力を調整できる。
As calculation parameters for adjusting the interaction between the filler particles 11a and the interaction between the polymer particles 12a, σ and ε of Leonard-Jones potential expressed by the following formula (1) are used, and these are adjusted. By increasing the upper limit distance (cutoff distance) for calculating the potential, it is possible to adjust the attractive force and repulsive force that worked to a long distance. It is preferable that the interaction parameter between the filler particles 11a and the interaction between the polymer particles 12a are sequentially reduced until the interaction between the filler particles 11a and the interaction between the polymer particles 12a reach a constant value. By gradually bringing the σ and ε of the Leonard-Jones potential closer to the original values from large values, it is possible to approach the particles at a gentle speed that does not lead the molecule to an unnatural state. Further, by gradually reducing the cut-off distance, the attractive force and the repulsive force can be adjusted within an appropriate range.
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内にポリマーモデル１２及びフィラーモデル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。
The model creation unit 52a performs balancing calculation after setting initial conditions. In the equilibration calculation, molecular dynamics calculation is performed at a predetermined temperature, density, and pressure for a predetermined time for various components after the initial setting to reach an equilibrium state. Then, the model creation unit 52a creates the polymer model 12 and the filler model 11 in the model creation region for creating the composite material analysis model set in the calculation region after the initial condition setting and equilibration calculation processing. . Moreover, the model creation part 52a may mix | blend modifiers, such as a hydroxyl group, a carbonyl group, and a functional group of an atomic group which raise affinity with a filler to a polymer as needed.
条件設定部５２ｂは、モデル作成部５２ａで作成した複合材料の解析用モデルを用いた分子動力学法による運動シミュレーション（解析）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１２ａ及びポリマー粒子群の位置及び数、ポリマー粒子番号、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。
The condition setting unit 52b sets various conditions for executing a motion simulation (analysis) by a molecular dynamics method using the composite material analysis model created by the model creation unit 52a. The condition setting unit 52 b sets various conditions based on the input from the input unit 53 and the information stored in the storage unit 54. As various conditions, the position and number of the filler model 11 for performing the analysis, the position and number of the filler atom, the filler atomic group, the filler particle 11a and the filler particle group, the filler particle 11a number, the position and number of the molecular chain of the polymer, The position and number of the polymer atom, polymer atomic group, polymer particle 12a and polymer particle group, polymer particle number, a stress strain curve which is a preset physical quantity history, and a fixed value which does not change the conditions are included.
解析部５２ｃは、モデル作成部５２ａにより作成されたフィラーモデル１１及びポリマーモデル１２を含む特定物質の解析用モデルを用いた分子動力学法による緩和計算、伸張解析、せん断解析などの変形解析などの運動シミュレーションを実行して各種物理量を取得する。ここでの物理量としては、シミュレーション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が挙げられる。
The analysis unit 52c performs deformation calculations such as relaxation analysis by a molecular dynamics method using a model for analyzing a specific substance including the filler model 11 and the polymer model 12 created by the model creation unit 52a, extension analysis, deformation analysis such as shear analysis, and the like. Various physical quantities are acquired by executing motion simulation. Examples of the physical quantity here include a motion displacement obtained as a result of simulation and a nominal strain obtained by calculating a nominal stress or motion displacement.
解析部５２ｃは、入力手段５３によって入力された未加硫ゴム及びフィラー未配合のゴムなどの複合材料を用いて取得した材料特性の実測結果及び複合材料の解析用モデルを用いて取得した材料特性のシミュレーション結果に基づいてマッピングパラメーターを算出する。材料特性としては、応力ひずみ特性、粘弾性特性、周波数特性及びヒステリシス特性などが挙げられる。ここでは、解析部５２ｃは、複合材料の材料特性の特性曲線を用いて実測結果とシミュレーション結果とを対比してマッピングパラメーターを算出してもよい。
The analysis unit 52c uses the actual measurement result of the material property acquired using the composite material such as the unvulcanized rubber and the rubber not containing the filler input by the input unit 53 and the material property acquired using the analysis model for the composite material. Mapping parameters are calculated based on the simulation results. Examples of material characteristics include stress-strain characteristics, viscoelastic characteristics, frequency characteristics, and hysteresis characteristics. Here, the analysis unit 52c may calculate the mapping parameter by comparing the actual measurement result and the simulation result using the characteristic curve of the material characteristic of the composite material.
また、解析部５２ｃは、算出したマッピングパラメーターを用いて当該マッピングパラメーターの算出に用いた以外の複合材料の材料特性の実測結果をシミュレーション結果に変換する。また、解析部５２ｃは、算出したマッピングパラメーターを用いて当該マッピングパラメーターの算出に用いた以外のシミュレーション結果を実測結果に変換する。ここでは、解析部５２ｃは、複数の実測結果及び複数のシミュレーション結果を相互に変換してもよい。
In addition, the analysis unit 52c converts the actual measurement result of the material properties of the composite material other than that used for calculation of the mapping parameter into the simulation result using the calculated mapping parameter. In addition, the analysis unit 52c converts a simulation result other than that used for calculating the mapping parameter into an actual measurement result using the calculated mapping parameter. Here, the analysis unit 52c may mutually convert a plurality of actual measurement results and a plurality of simulation results.
また、解析部５２ｃは、変換した実測結果とシミュレーション結果とを比較して複合材料の解析用モデルのパラメーターを決定する。ここでは、解析部５２ｃは、例えば、変換した実測結果とシミュレーション結果との誤差を測定し、測定した誤差が予め設定した基準値以下であるか否かを判定して複合材料の解析用モデルのパラメーターを決定する。
Also, the analysis unit 52c compares the converted actual measurement result with the simulation result, and determines the parameters of the composite material analysis model. Here, for example, the analysis unit 52c measures an error between the converted actual measurement result and the simulation result, determines whether the measured error is equal to or less than a preset reference value, and determines the analysis model of the composite material. Determine the parameters.
また、解析部５２ｃは、決定した複合材料の解析用モデルのパラメーターを用いて複合材料の材料特性の実測結果とシミュレーション結果とを対比して複合材料の架橋構造を解析する。さらに、解析部５２ｃは、決定した複合材料の解析用モデルのパラメーターを用いて複合材料の材料特性の実測結果とシミュレーション結果とを対比してフィラーとポリマーとの間の相互作用を解析する。
Also, the analysis unit 52c analyzes the cross-linked structure of the composite material by comparing the actual measurement result and the simulation result of the material property of the composite material using the determined parameters of the analysis model for the composite material. Further, the analysis unit 52c analyzes the interaction between the filler and the polymer by comparing the actual measurement result and the simulation result of the material property of the composite material using the determined parameters of the analysis model of the composite material.
また、解析部５２ｃは、解析した架橋構造を用いて分子動力学法を用いた計算を実行する。また、解析部５２ｃは、解析したフィラーとポリマーとの間の相互作用を用いて分子動力学法を用いた計算を実行する。
Also, the analysis unit 52c executes a calculation using the molecular dynamics method using the analyzed cross-linked structure. The analysis unit 52c executes a calculation using a molecular dynamics method using the interaction between the analyzed filler and polymer.
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 is a non-volatile memory that is a readable recording medium such as a hard disk device, a magneto-optical disk device, a flash memory, and a CD-ROM, and a read / write operation such as a RAM (Random Access Memory). A 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の形態に係る複合材料の解析用モデルの作成方法、複合材料のシミュレーション方法及び複合材料の解析結果の評価方法を実現するためのコンピュータプログラムなどが格納されている。このコンピュータプログラムは、コンピュータ又はコンピュータシステムに既に記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、本実施の形態に係る複合材料のシミュレーション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。
In the storage unit 54, data on fillers such as rubber carbon black, silica, and alumina, which are data for creating a model for analysis of a composite material to be analyzed via the input means 53, rubber, resin, and elastomer Of data such as polymer data, stress-strain curve, which is a preset physical quantity history, and a method for creating a composite material analysis model, a composite material simulation method, and a composite material analysis result evaluation method A computer program or the like is stored. This computer program may be capable of realizing the composite material simulation method according to the present embodiment in combination with a computer program already recorded in a computer or computer system. The “computer system” here includes hardware such as an OS (Operating System) and peripheral devices.
表示手段５５は、例えば、液晶表示装置等の表示用デバイスである。なお、記憶部５４は、データベースサーバなどの他の装置内にあってもよい。例えば、解析装置５０は、入出力装置５１を備えた端末装置から通信により処理部５２及び記憶部５４にアクセスするものであってもよい。
The display means 55 is a display device such as a liquid crystal display device. The storage unit 54 may be 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 including the input / output device 51.
次に、図６を参照して本実施の形態に係る特定物質の解析結果の評価方法の具体例について説明する。図６は、本実施の形態に係る特定物質の解析結果の評価方法の一例の概略を示すフロー図である。
Next, a specific example of the evaluation method of the analysis result of the specific substance according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart showing an outline of an example of the method for evaluating the analysis result of the specific substance according to the present embodiment.
図６に示すように、開始時には、モデル作成部５２ａが、入力手段５３を介して予め記憶部５４に記憶されたフィラー及びポリマーをモデル化するためのデータであるフィラー及びポリマーなどの特定物質の粒子数、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、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のフィラー及びポリマーをモデル化するための各種データを読込む。続いて、モデル作成部５２ａは、各種データに基づいて、初期条件の設定及び分子動力学計算により平衡化計算を行う。
As shown in FIG. 6, at the start, the model creation unit 52 a uses data for modeling the filler and polymer stored in advance in the storage unit 54 via the input unit 53. Arrangement of components such as number of particles, number of molecules, molecular weight, molecular chain length, number of molecular chains, branching, shape, size, reaction time, reaction conditions and target number of molecules, which is the number of molecules included in the analysis model to be created Various data for modeling fillers and polymers such as stress strain curves that are physical quantity history set in advance and fixed values that do not change conditions are read. Subsequently, the model creation unit 52a performs equilibration calculation by setting initial conditions and calculating molecular dynamics based on various data.
次に、モデル作成部５２ａは、仮想空間である計算領域内に複合材料のフィラーモデル１１及びポリマーモデル１２を作成する。次に、条件設定部５２ｂは、入力手段５３からの入力又は記憶部５４に記憶されている情報に基づいて、フィラーの解析用モデルを用いた分子動力学法による運動シミュレーション（解析）の条件を設定する。
Next, the model creating unit 52a creates a filler model 11 and a polymer model 12 of a composite material in a calculation area that is a virtual space. Next, the condition setting unit 52b sets the conditions for the motion simulation (analysis) by the molecular dynamics method using the filler analysis model based on the input from the input means 53 or the information stored in the storage unit 54. Set.
次に、解析部５２ｃは、入力手段５３によって入力された複合材料を用いた伸張試験の実測結果のうち、少なくとも一つを選定する（ステップＳＴ１１）。また、解析部５２ｃは、モデル作成部５２ａによって作成された複合材料の解析用モデルを用いた伸張解析のシミュレーション結果のうち、少なくとも一つ選定する（ステップＳＴ１２）。続いて、解析部５２ｃは、選定した伸張試験の実測結果及び選定したシミュレーション結果に基づいてマッピングパラメーターを算出して設定する（ステップＳＴ１３）。
Next, the analysis unit 52c selects at least one of the measurement results of the extension test using the composite material input by the input unit 53 (step ST11). The analysis unit 52c selects at least one of the simulation results of the extension analysis using the composite material analysis model created by the model creation unit 52a (step ST12). Subsequently, the analysis unit 52c calculates and sets a mapping parameter based on the actual measurement result of the selected extension test and the selected simulation result (step ST13).
次に、解析部５２ｃは、設定したマッピングパラメーターを用いて当該マッピングパラメーターの算出に用いた以外の伸張試験の実測結果を伸張解析のシミュレーション結果に変換して実測値とシミュレーション値との間の誤差を算出する（ステップＳＴ２１）。ここでは、解析部５２ｃは、設定したマッピングパラメーターを用いて当該マッピングパラメーターの算出に用いた以外の伸張解析のシミュレーション結果を伸張試験の実測結果に変換して実測値とシミュレーション値との間の誤差を算出してもよい（ステップＳＴ２１）。
Next, the analysis unit 52c uses the set mapping parameter to convert the actual measurement result of the extension test other than that used for calculation of the mapping parameter into the simulation result of the extension analysis, and the error between the actual measurement value and the simulation value. Is calculated (step ST21). Here, the analysis unit 52c converts the simulation result of the extension analysis other than that used for calculation of the mapping parameter using the set mapping parameter into the actual measurement result of the extension test, and an error between the actual measurement value and the simulation value. May be calculated (step ST21).
続いて、解析部５２ｃは、算出した誤差が予め設定された誤差の基準値以下であるか否かを判定する（ステップＳＴ３１）。そして、解析部５２ｃは、最小二乗法などにより算出した誤差が基準値を超えている場合（ステップＳＴ３１：Ｎｏ）には、複合材料を用いた伸張試験の実測結果及び複合材料の解析用モデルを用いた伸張解析のシミュレーション結果に基づいてマッピングパラメーターを更新する（ステップＳＴ４１）。ここでは、解析部５２ｃは、基準値を超えた誤差に所定の係数を積算してマッピングパラメーターを更新してもよい。解析部５２ｃは、最小二乗法などにより算出した誤差が予め設定された誤差の基準値以下である場合（ステップＳＴ３１：Ｙｅｓ）には、設定したマッピングパラメーターを用いて当該マッピングパラメーターの算出に用いた以外の複合材料を用いた伸張試験の実測結果の実測値と複合材料の解析用モデルを用いた伸張解析のシミュレーション値とを比較し、マッピングパラメーターを決定する（ステップＳＴ５１）。
Subsequently, the analysis unit 52c determines whether or not the calculated error is equal to or less than a preset error reference value (step ST31). Then, when the error calculated by the least square method or the like exceeds the reference value (step ST31: No), the analysis unit 52c displays the measurement result of the extension test using the composite material and the analysis model for the composite material. The mapping parameter is updated based on the simulation result of the extension analysis used (step ST41). Here, the analysis unit 52c may update the mapping parameter by adding a predetermined coefficient to the error exceeding the reference value. When the error calculated by the least square method or the like is equal to or smaller than a preset error reference value (step ST31: Yes), the analysis unit 52c is used to calculate the mapping parameter using the set mapping parameter. The actual measurement value of the extension test using a composite material other than the above is compared with the simulation value of the extension analysis using the analysis model for the composite material to determine the mapping parameter (step ST51).
そして、解析部は、得られたマッピングパラメーターを用いて当該マッピングパラメーターの算出に用いていない特定物質を用いて取得した材料特性の実測結果をシミュレーション結果に変換する。また、解析部５２ｃは、得られたマッピングパラメーターを用いて当該マッピングパラメーターの算出に用いていない特定物質の解析用モデルを用いて取得した材料特性のシミュレーション結果を実測結果に変換する。続いて解析部５２ｃは、変換した実測結果とシミュレーション結果とを比較して特定物質の解析用モデルのパラメーターを決定する。その後、解析部５２ｃは、決定した特定物質の解析用モデルのパラメーターを用いて各種複合材料の解析用モデルのシミュレーション値を解析する。最後に、解析部５２ｃは、得られた解析結果を記憶部５４に格納して解析を終了する。
Then, the analysis unit uses the obtained mapping parameter to convert the actual measurement result of the material property acquired using the specific substance not used for the calculation of the mapping parameter into the simulation result. Moreover, the analysis part 52c converts the simulation result of the material characteristic acquired using the model for analysis of the specific substance which is not used for calculation of the said mapping parameter into the actual measurement result using the obtained mapping parameter. Subsequently, the analysis unit 52c compares the converted actual measurement result with the simulation result to determine the parameter of the analysis model for the specific substance. Thereafter, the analysis unit 52c analyzes the simulation values of the analysis models for various composite materials using the determined parameters of the analysis model for the specific substance. Finally, the analysis unit 52c stores the obtained analysis result in the storage unit 54 and ends the analysis.
以上説明したように、上記実施の形態に係る複合材料の解析結果の評価方法によれば、複合材料の材料特性の実測結果、及びフィラーモデル１１、ポリマーモデル１２などの複合材料の解析用モデルを用いたシミュレーション結果に基づいてマッピングパラメーターを決定する。そして、決定したマッピングパラメーターを用いて複合材料の解析用モデルのパラメーターを決定するので、複合材料の材料特性の実測値と複合材料の材料特性のシミュレーション値とを精度良く一致させて比較して評価できる複合材料の解析結果の評価方法を実現できる。
As described above, according to the evaluation method of the analysis result of the composite material according to the above-described embodiment, the actual measurement result of the composite material and the analysis model of the composite material such as the filler model 11 and the polymer model 12 are used. Mapping parameters are determined based on the simulation results used. Since the parameters for the analysis model of the composite material are determined using the determined mapping parameters, the measured values of the composite material properties and the simulation values of the composite material properties are accurately matched and compared for evaluation. It is possible to realize an evaluation method for analysis results of composite materials that can be produced.
１ 解析用モデル
１１ フィラーモデル
１１ａ フィラー粒子
１２ ポリマーモデル
１２ａ ポリマー粒子
１３、１４、１５ 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 DESCRIPTION OFSYMBOLS 1 Model for analysis 11 Filler model 11a Filler particle 12 Polymer model 12a Polymer particle 13, 14, 15 Bonded chain 50 Analyzing device 51 Input / output device 52 Processing unit 52a Model creation unit 52b Condition setting unit 52c Analyzing unit 53 Input unit 54 Storage unit 55 Display means
１１ フィラーモデル
１１ａ フィラー粒子
１２ ポリマーモデル
１２ａ ポリマー粒子
１３、１４、１５ 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 DESCRIPTION OF
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特定物質の解析用モデルを用いて解析した解析結果の評価方法であって、
特定物質を用いて取得した材料特性の実測結果及び特定物質の解析用モデルを用いて取得した材料特性のシミュレーション結果に基づいてマッピングパラメーターを算出する第１ステップと、
前記マッピングパラメーターを用いて前記第１ステップで用いていない特定物質を用いて取得した材料特性の実測結果をシミュレーション結果に変換し、及び／又は、前記第１ステップで用いていない特定物質の解析用モデルを用いて取得した材料特性のシミュレーション結果を実測結果に変換する第２ステップと、
前記第２ステップで変換した前記実測結果と前記シミュレーション結果とを比較して前記特定物質の解析用モデルのパラメーターを決定する第３ステップと、
を含むことを特徴とする、特定物質の解析結果の評価方法。 An evaluation method of analysis results analyzed using a model for analyzing specific substances created by molecular dynamics using a computer,
A first step of calculating a mapping parameter based on an actual measurement result of a material characteristic acquired using a specific substance and a simulation result of a material characteristic acquired using an analysis model of the specific substance;
For the analysis of specific substances not used in the first step by converting the actual measurement results of the material properties obtained using the specific substances not used in the first step using the mapping parameters into simulation results. A second step of converting the simulation result of the material property acquired using the model into the actual measurement result;
A third step of comparing the actual measurement result converted in the second step with the simulation result to determine parameters of the analysis model of the specific substance;
A method for evaluating an analysis result of a specific substance, comprising: - 前記第１ステップにおいて、前記特定物質の材料特性の特性曲線を用いて前記実測結果と前記シミュレーション結果とを対比して前記マッピングパラメーターを算出する、請求項１に記載の特定物質の解析結果の評価方法。 The evaluation of the analysis result of the specific substance according to claim 1, wherein in the first step, the mapping parameter is calculated by comparing the actual measurement result and the simulation result using a characteristic curve of a material characteristic of the specific substance. Method.
- 前記第１ステップにおいて、前記特定物質として未加硫ゴムを用いて前記マッピングパラメーターを算出する、請求項１又は請求項２に記載の特定物質の解析結果の評価方法。 3. The method for evaluating an analysis result of a specific substance according to claim 1 or 2, wherein, in the first step, the mapping parameter is calculated using unvulcanized rubber as the specific substance.
- 前記第１ステップにおいて、前記特定物質としてフィラー未配合のゴムを用いて前記マッピングパラメーターを算出する、請求項１又は請求項２に記載の特定物質の解析結果の評価方法。 3. The method for evaluating an analysis result of a specific substance according to claim 1 or 2, wherein, in the first step, the mapping parameter is calculated by using a rubber not containing a filler as the specific substance.
- 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の特定物質の解析結果の評価方法をコンピュータに実行させることを特徴とする、特定物質の解析結果の評価用コンピュータプログラム。 5. A computer program for evaluating an analysis result of a specific substance, which causes a computer to execute the evaluation method of the analysis result of the specific substance according to claim 1.
- 請求項３に記載の特定物質の解析結果の評価方法で得られた特定物質の解析用モデルのパラメーターを用いて特定物質の架橋構造を解析することを特徴とする、特定物質の解析方法。 A method for analyzing a specific substance, characterized in that the cross-linking structure of the specific substance is analyzed using the parameters of the analysis model for the specific substance obtained by the method for evaluating the analysis result of the specific substance according to claim 3.
- 請求項４に記載の特定物質の解析結果の評価方法で得られた特定物質の解析用モデルのパラメーターを用いて特定物質に含まれる第１物質と第２物質との間の相互作用を解析することを特徴とする、特定物質の解析方法。 5. The interaction between the first substance and the second substance contained in the specific substance is analyzed using the parameters of the analysis model for the specific substance obtained by the method for evaluating the analysis result of the specific substance according to claim 4. A method for analyzing a specific substance.
- 請求項６に記載の特定物質の解析方法により解析した架橋構造を用いて分子動力学法を用いた計算を実施することを特徴とする、特定物質のシミュレーション方法。 A simulation method for a specific substance, characterized in that a calculation using a molecular dynamics method is performed using the cross-linked structure analyzed by the specific substance analysis method according to claim 6.
- 請求項７に記載の特定物質の解析方法により解析した第１物質と第２物質との間の相互作用を用いて分子動力学法を用いた計算を実施することを特徴とする、特定物質のシミュレーション方法。 A calculation using a molecular dynamics method is performed using an interaction between the first substance and the second substance analyzed by the analysis method of the specific substance according to claim 7, Simulation method.
- 請求項８又は請求項９に記載の特定物質のシミュレーション方法をコンピュータに実行させることを特徴とする、特定物質のシミュレーション用コンピュータプログラム。 A computer program for simulation of a specific substance, which causes a computer to execute the simulation method for the specific substance according to claim 8 or 9.
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