JP7690845B2 - Polymer material simulation method - Google Patents
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Description
本開示は、高分子材料のシミュレーション方法に関する。 This disclosure relates to a method for simulating polymeric materials.
下記特許文献1には、高分子材料のシミュレーション方法が記載されている。この方法では、任意の空間を有するセル内に、原子又はその集合体を表す有限個の粒子と、この粒子間を結合して各粒子の相対位置を定義する結合鎖とからなる三次元構造の分子鎖モデルを配置した分子構造モデルが設定される。そして、分子構造モデルを分子動力学計算に基づいて安定化させる構造緩和のシミュレーションが行われる。
The following
ところで、高分子材料には、複数種類の高分子成分が配合されることがある。このような高分子材料では、高分子成分の間に界面が形成されることが知られている。したがって、前記界面での相互作用等を調べるシミュレーションを行うには、前記界面が形成されるように2つの高分子材料モデルの混合系モデルを作成することが重要である。 Incidentally, polymeric materials may contain multiple types of polymeric components. It is known that in such polymeric materials, interfaces are formed between the polymeric components. Therefore, in order to perform a simulation to investigate the interactions at the interface, it is important to create a mixed system model of two polymeric material models so that the interface is formed.
本開示は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、界面が形成された2つの高分子材料モデルの混合系モデルを作成することが可能な方法を提供することを主たる目的としている。 This disclosure was devised in consideration of the above-mentioned circumstances, and its main objective is to provide a method capable of creating a mixed system model of two polymer material models in which an interface is formed.
本開示は、高分子材料のシミュレーション方法であって、古典分子動力学法に基づいて、第1高分子成分及び第2高分子成分をそれぞれモデル化した第1高分子材料モデル及び第2高分子材料モデルを、コンピュータに入力する工程と、前記第1高分子材料モデルと前記第2高分子材料モデルとの間に界面が形成されるように、前記第1高分子材料モデル及び前記第2高分子材料モデルを配置した混合系モデルを、前記コンピュータに入力する工程と、前記コンピュータが、前記混合系モデルを対象とする分子動力学計算を実施して、前記混合系モデルを構造緩和させる工程とを含み、前記構造緩和させる工程は、前記界面が維持されるように、前記第1高分子材料モデルを拘束して、前記混合系モデルを構造緩和させる第1工程を含む、高分子材料のシミュレーション方法である。 The present disclosure is a method for simulating a polymeric material, which includes the steps of inputting a first polymeric material model and a second polymeric material model, which are modeled based on a classical molecular dynamics method, into a computer, inputting a mixed system model in which the first polymeric material model and the second polymeric material model are arranged so that an interface is formed between the first polymeric material model and the second polymeric material model, and performing a molecular dynamics calculation on the mixed system model by the computer to structurally relax the mixed system model, and the structural relaxation step includes a first step of structurally relaxing the mixed system model by constraining the first polymeric material model so that the interface is maintained.
本開示の高分子材料のシミュレーション方法は、上記の工程を採用することにより、界面が形成された2つの高分子材料モデルの混合系モデルを作成することが可能となる。 By adopting the above steps, the polymer material simulation method disclosed herein makes it possible to create a mixed system model of two polymer material models in which an interface is formed.
以下、本開示の実施の一形態が図面に基づき説明される。図面は、開示の内容の理解を助けるために、誇張表現や、実際の構造の寸法比とは異なる表現が含まれることが理解されなければならない。また、各実施形態を通して、同一又は共通する要素については同一の符号が付されており、重複する説明が省略される。さらに、実施形態及び図面に表された具体的な構成は、本開示の内容理解のためのものであって、本開示は、図示されている具体的な構成に限定されるものではない。 Below, one embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. It should be understood that the drawings include exaggerated expressions and expressions different from the dimensional ratios of the actual structure in order to aid in understanding the contents of the disclosure. Furthermore, the same reference numerals are used for identical or common elements throughout each embodiment, and duplicate explanations are omitted. Furthermore, the specific configurations shown in the embodiments and drawings are intended to aid in understanding the contents of this disclosure, and the present disclosure is not limited to the specific configurations shown in the drawings.
本実施形態の高分子材料のシミュレーション方法(以下、単に「シミュレーション方法」ということがある。)では、界面が形成された2つの高分子材料モデルの混合系モデルが作成される。本実施形態のシミュレーション方法には、コンピュータ1が用いられる。
In the polymer material simulation method of this embodiment (hereinafter, sometimes simply referred to as the "simulation method"), a mixed system model of two polymer material models in which an interface is formed is created. A
[コンピュータ]
図1は、高分子材料のシミュレーション方法を実行するためのコンピュータの斜視図である。本実施形態のコンピュータ1は、本体1a、キーボード1b、マウス1c及びディスプレイ装置1dを含んで構成されている。本体1aには、例えば、演算処理装置(CPU)、ROM、作業用メモリ、磁気ディスクなどの記憶装置、及び、ディスクドライブ装置1a1、1a2が設けられている。記憶装置には、本実施形態のシミュレーション方法を実行するためのソフトウェア等が予め記憶されている。
[computer]
1 is a perspective view of a computer for executing a simulation method for a polymeric material. The
[高分子材料]
本実施形態の高分子材料は、第1高分子成分及び第2高分子成分を含んでいる。このような高分子材料は、第1高分子成分と第2高分子成分との間に、界面が形成される。第1高分子成分及び第2高分子成分としては、例えば、天然ゴム、ブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム、又は、スチレンブタジエンゴム等が例示されるが、これらに限定されない。
[Polymer material]
The polymer material of the present embodiment includes a first polymer component and a second polymer component. In such a polymer material, an interface is formed between the first polymer component and the second polymer component. Examples of the first polymer component and the second polymer component include, but are not limited to, natural rubber, butadiene rubber, polyisoprene rubber, and styrene-butadiene rubber.
第1高分子成分及び第2高分子成分は、例えば、上記の高分子成分のうち、互いに異なる高分子成分がそれぞれ選択される。本実施形態の第1高分子成分は、ブタジエンゴムである。第2高分子成分は、天然ゴムである。なお、第1高分子成分及び第2高分子成分は、このような態様に限定されない。 The first polymer component and the second polymer component are, for example, different polymer components selected from the above polymer components. In this embodiment, the first polymer component is butadiene rubber. The second polymer component is natural rubber. Note that the first polymer component and the second polymer component are not limited to such an embodiment.
[高分子材料のシミュレーション方法(第1実施形態)]
次に、本実施形態のシミュレーション方法が説明される。図2は、本実施形態の高分子材料のシミュレーション方法の処理手順を示すフローチャートである。
[Simulation method for polymeric material (first embodiment)]
Next, the simulation method of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
[第1高分子材料モデル及び第2高分子材料モデルを入力]
本実施形態のシミュレーション方法では、先ず、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4が、コンピュータ1に入力される(工程S1)。図3は、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4を部分的に示した図である。図4は、第2高分子材料モデル4を示す図である。
[Enter the first polymer material model and the second polymer material model]
In the simulation method of this embodiment, first, the first
図3に示されるように、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4は、古典分子動力学法に基づいて、第1高分子成分及び第2高分子成分をそれぞれモデル化したものである。本実施形態では、第1高分子成分及び第2高分子成分の構造(分子鎖)に基づいて、多数の原子又はその集合体からなる粒子(本例では、粗視化粒子3a、4a)が配列された第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4が設定される。
As shown in FIG. 3, the first
[第1高分子材料モデル]
図3に示されるように、本実施形態の第1高分子材料モデル3は、第1高分子成分(本例では、ブタジエンゴム)を、複数の粗視化粒子3aを用いて表現した粗視化分子モデルとして定義される。本実施形態の粗視化分子モデルは、Kremer-Grestモデルである場合が例示されるが、特に限定されない。本実施形態の第1高分子材料モデル3は、複数の粗視化粒子3aと、隣接する粗視化粒子3a、3aを結合する結合鎖モデル3bとを含んで構成されている。
[First polymer material model]
As shown in Fig. 3, the first
粗視化粒子3aは、第1高分子成分(本例では、ブタジエンゴム)の分子鎖のモノマー(図示省略)又はモノマーの一部分をなす構造単位を置換したものである。これにより、第1高分子材料モデル3には、複数個(例えば、10~5000個)の粗視化粒子3aが設定される。このような粗視化粒子3aへの置換は、例えば、論文( Kurt Kremer & Gary S. Grest 著、「Dynamics of entangled linear polymer melts: A molecular-dynamics simulation」、J. Chem Phys. vol.92, No.8, 15 April 1990、p5057-5086)に基づいて、適宜実施される。
The coarse-
粗視化粒子3aは、後述の分子動力学計算において、運動方程式の質点として取り扱われる。このため、粗視化粒子3aには、例えば、質量、体積、粒子径、又は、電荷などのパラメータが定義される。
The coarse-
本実施形態の結合鎖モデル3bは、粗視化粒子3a、3a間に、伸びきり長が設定された結合ポテンシャルP1によって定義される。結合ポテンシャルP1は、適宜定義することができる。本実施形態の結合ポテンシャルP1は、LJポテンシャル(Lennard-Jonesポテンシャル)と、FENEポテンシャルとの和で定義される。LJポテンシャル及びFENEポテンシャルは、例えば、特許文献(特開2020-042434号公報)の式(1)及び式(2)に示されるとおりである。このような結合鎖モデル3bには、粗視化粒子3a、3a間の距離を、LJポテンシャルとFENEポテンシャルとが互いに釣り合う位置に戻そうとする復元力が定義される。
The
LJポテンシャル及びFENEポテンシャルの相互作用パラメータε、伸びきり長R0、及び、粗視化粒子の単位長さ(粗視化粒子の直径に相当するパラメータ)σは、適宜設定することができる。これらの定数は、例えば、上記論文に基づいて、適宜設定することができる。これにより、第1高分子材料モデル3が定義される。
The interaction parameter ε between the LJ potential and the FENE potential, the stretched length R 0 , and the unit length of the coarse-grained particle (a parameter equivalent to the diameter of the coarse-grained particle) σ can be set appropriately. These constants can be set appropriately, for example, based on the above paper. In this way, the first
[第2高分子材料モデル]
図3及び図4に示されるように、本実施形態の第2高分子材料モデル4は、第2高分子成分(本実施形態では、天然ゴム)を、複数の粗視化粒子4aを用いて表現した粗視化分子モデル(本例では、Kremer-Grestモデル)として定義される。本実施形態の第2高分子材料モデル4は、第1高分子材料モデル3と同様に、複数の粗視化粒子4aと、隣接する粗視化粒子4a、4aを結合する結合鎖モデル4bとを含んで構成されている。
[Second polymer material model]
3 and 4, the second
粗視化粒子4aは、第2高分子成分(本例では、ブタジエンゴム)の分子鎖のモノマー(図示省略)又はモノマーの一部分をなす構造単位を置換したものである。これにより、第2高分子材料モデル4には、複数個(例えば、10~5000個)の粗視化粒子4aが設定される。
The coarse-
粗視化粒子4aは、後述の分子動力学計算において、運動方程式の質点として取り扱われる。このため、粗視化粒子4aには、第1高分子材料モデル3の粗視化粒子3aと同様のパラメータが定義される。
The coarse-
図3に示されるように、本実施形態の結合鎖モデル4bは、粗視化粒子4a、4a間に、伸びきり長が設定された結合ポテンシャルP2によって定義される。結合ポテンシャルP2については、適宜定義することができる。本実施形態の結合ポテンシャルP2は、第1高分子材料モデル3の結合ポテンシャルP1と同様に、LJポテンシャルと、FENEポテンシャルとの和で定義される。
As shown in FIG. 3, the
LJポテンシャル及びFENEポテンシャルの相互作用パラメータε、伸びきり長R0、及び、粗視化粒子の単位長さ(粗視化粒子の直径に相当するパラメータ)σは、例えば、上記論文に基づいて、適宜設定することができる。これにより、第2高分子材料モデル4が定義される。
The interaction parameter ε between the LJ potential and the FENE potential, the stretched length R 0 , and the unit length of the coarse-grained particle (a parameter equivalent to the diameter of the coarse-grained particle) σ can be appropriately set based on, for example, the above paper. In this way, the second
[混合系モデル入力工程]
次に、本実施形態のシミュレーション方法では、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4を配置した混合系モデルが、コンピュータ1(図1に示す)に入力される(混合系モデル入力工程S2)。図5は、混合系モデル2を示す図である。
[Mixed system model input process]
Next, in the simulation method of this embodiment, a mixed system model in which the first
本実施形態の混合系モデル2には、第1高分子材料モデル3と第2高分子材料モデル4との間に界面5が形成されるように、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4が配置される。図6は、混合系モデル入力工程S2の処理手順を示すフローチャートである。
In the mixed system model 2 of this embodiment, the first
本実施形態の混合系モデル入力工程S2では、先ず、仮想空間であるセル6が、コンピュータ1(図1に示す)に入力される(工程S21)。図7は、セル6を示す斜視図である。
In the mixed system model input step S2 of this embodiment, first,
本実施形態のセル6は、高分子材料(本例では、第1高分子成分及び第2高分子成分が配合されたゴム)の一部に対応している。本実施形態のセル6は、少なくとも互いに向き合う一対の面7、7(本実施形態では、互いに向き合う三対の面7、7)を有している。本実施形態のセル6は、直方体又は立方体(本実施形態では、直方体)として定義されている。
The
セル6の各面7、7には、周期境界条件が定義されている。これにより、後述の分子動力学計算において、例えば、一方側の面7aから出て行った第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4(図5に示す)の一部が、他方側の面7bから入ってくるように計算することができる。なお、セル6の大きさは、例えば、セル6の内部に配置される第1高分子材料モデル3や第2高分子材料モデル4の合計個数等に応じて、適宜設定されうる。セル6は、コンピュータ1(図1に示す)に記憶される。
Periodic boundary conditions are defined on each
[第1高分子材料モデル及び第2高分子材料モデルを配置]
次に、本実施形態の混合系モデル入力工程S2では、図7に示したセル6の内部に、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4(図3に示す)が配置される(工程S22)。図5に示されるように、本実施形態の工程S22では、第1高分子材料モデル3と第2高分子材料モデル4との間に界面5が形成されるように、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4が配置される。
[Placing the first polymer material model and the second polymer material model]
Next, in the mixed system model input step S2 of this embodiment, the first
本実施形態の工程S22では、先ず、図7に示したセル6の内部に、図3に示した第1高分子材料モデル3が配置される。図5に示されるように、本実施形態では、セル6の内部において、x軸方向、y軸方向及びz軸方向から選択される第1方向(本例では、z軸方向)の一方側に偏在するように、複数の第1高分子材料モデル3がランダムに配置される。
In step S22 of this embodiment, first, the first
次に、本実施形態の工程S22では、セル6の内部に、第2高分子材料モデル4(図3及び図4に示す)が配置される。図5に示されるように、本実施形態では、セル6の内部において、第1方向(本例では、z軸方向)の他方側に偏在するように、複数の第2高分子材料モデル4がランダムに配置される。これにより、工程S22では、第1高分子材料モデル3と第2高分子材料モデル4との間に界面5が形成されるように、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4が配置される。
Next, in step S22 of this embodiment, a second polymer material model 4 (shown in Figures 3 and 4) is placed inside the
第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4の個数は、特に限定されない。例えば、解析対象の高分子材料に含まれる第1高分子成分の体積分率、及び、第2高分子成分の体積分率に基づいて、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4の個数(セル6の内部での割合)がそれぞれ設定されてもよい。
The number of the first
[LJ相互作用ポテンシャルを定義(第1高分子材料モデル-第2高分子材料モデル)]
次に、本実施形態の混合系モデル入力工程S2では、図3に示されるように、第1高分子材料モデル3の粗視化粒子3aと、第2高分子材料モデル4の粗視化粒子4aとの間に、LJ相互作用ポテンシャルQ1が定義される(工程S23)。LJ相互作用ポテンシャルQ1は、下記式(1)で定義される。
[Define LJ interaction potential (first polymer material model - second polymer material model)]
Next, in the mixed system model input step S2 of this embodiment, an LJ interaction potential Q1 is defined between the coarse-
ここで、
Unonbond(rij):LJ相互作用ポテンシャル
rij:粗視化粒子間の距離
ε:相互作用パラメータ
σ:粗視化粒子の直径に相当
rc:カットオフ距離
Ucutoff:rij=rcの場合に、Unonbond(rij)がゼロとなるようにポテンシャルをシフトさせる値
Where:
U nonbond (r ij ): LJ interaction potential r ij : distance between coarse-grained particles ε: interaction parameter σ: equivalent to the diameter of the coarse-grained particle r c : cutoff distance Ucutoff: value for shifting the potential so that U nonbond (r ij ) becomes zero when r ij =r c
上記式(1)において、距離rij、カットオフ距離rc、及び、パラメータ(粗視化粒子の直径に相当)σは、粗視化粒子3a、4aの中心の座標に基づいて定義される。各定数は、例えば、論文(S. L. Mayo, B. D. Olafson & W. A. Goddard III 著、「DREIDING: A Generic Force Field for Molecular Simulations」、J. Phys. Chem. 1990, 94, 8897)に基づいて、適宜設定することができる。
In the above formula (1), the distance r ij , the cutoff distance r c , and the parameter σ (corresponding to the diameter of the coarse-grained particle) are defined based on the coordinates of the centers of the coarse-
本実施形態のLJ相互作用ポテンシャルQ1は、第1高分子材料モデル3の粗視化粒子3aと、第2高分子材料モデル4の粗視化粒子4aとの間の距離rijが、カットオフ距離rc未満になった場合に、斥力が作用するように設定される。このため、本実施形態では、例えば、相互作用パラメータεに1.0、パラメータ(粗視化粒子の直径に相当)σに1.0、及び、カットオフ距離rcに21/6が設定される。LJ相互作用ポテンシャルQ1は、コンピュータ1に記憶される。
The LJ interaction potential Q1 in this embodiment is set so that a repulsive force acts when the distance r ij between the coarse-
[LJ相互作用ポテンシャルを定義(隣接する第1高分子材料モデル間)]
次に、本実施形態の混合系モデル入力工程S2では、隣接する第1高分子材料モデル3、3の粗視化粒子3a、3a間に、LJ相互作用ポテンシャルQ2が定義される(工程S24)。LJ相互作用ポテンシャルQ2は、上記式(1)で定義される。
[Define LJ interaction potential (between adjacent first polymer material models)]
Next, in the mixed system model input step S2 of this embodiment, an LJ interaction potential Q2 is defined between the coarse-
本実施形態のLJ相互作用ポテンシャルQ2には、隣接する第1高分子材料モデル3、3の粗視化粒子3a、3a間に、引力及び斥力が作用するように設定される。このため、本実施形態では、例えば、相互作用パラメータεに1.0が設定され、パラメータ(粗視化粒子の直径に相当)σに1.0が設定され、カットオフ距離rcに2.5が設定される。LJ相互作用ポテンシャルQ2は、コンピュータ1に記憶される。
The LJ interaction potential Q2 in this embodiment is set so that an attractive force and a repulsive force act between the coarse-
[LJ相互作用ポテンシャルを定義(隣接する第2高分子材料モデル間)]
次に、本実施形態の混合系モデル入力工程S2では、隣接する第2高分子材料モデル4、4の粗視化粒子4a、4a間に、LJ相互作用ポテンシャルQ3が定義される(工程S25)。LJ相互作用ポテンシャルQ3は、上記式(1)で定義される。
[Define LJ interaction potential (between adjacent second polymer material models)]
Next, in the mixed system model input step S2 of this embodiment, an LJ interaction potential Q3 is defined between the coarse-
本実施形態のLJ相互作用ポテンシャルQ3には、隣接する第2高分子材料モデル4、4の粗視化粒子4a、4a間に、引力及び斥力が作用するように設定される。このため、本実施形態では、例えば、相互作用パラメータεに1.0、パラメータ(粗視化粒子の直径に相当)σに1.0、及び、カットオフ距離rcに2.5が設定される。LJ相互作用ポテンシャルQ3は、コンピュータ1に記憶される。
The LJ interaction potential Q3 in this embodiment is set so that an attractive force and a repulsive force act between the coarse-
本実施形態の混合系モデル入力工程S2では、図6に示した一連の処理が実施されることにより、第1高分子材料モデル3と第2高分子材料モデル4との間に界面5が形成された混合系モデル2(図5に示す)が設定される。混合系モデル2は、コンピュータ1(図1に示す)に入力される。
In the mixed system model input step S2 of this embodiment, a series of processes shown in FIG. 6 is performed to set a mixed system model 2 (shown in FIG. 5) in which an interface 5 is formed between a first
[構造緩和工程]
次に、本実施形態のシミュレーション方法では、コンピュータ1(図1に示す)が、混合系モデル2(図5に示す)を対象とする分子動力学計算を実施して、混合系モデル2を構造緩和させる(構造緩和工程S3)。本実施形態の構造緩和工程S3では、セル6に配置された第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4(図5に示す)を対象に、分子動力学計算が行われる。図8は、本実施形態の構造緩和工程S3の処理手順を示すフローチャートである。
[Structural relaxation process]
Next, in the simulation method of this embodiment, the computer 1 (shown in FIG. 1) performs a molecular dynamics calculation on the mixed model 2 (shown in FIG. 5) to relax the structure of the mixed model 2 (structural relaxation step S3). In the structural relaxation step S3 of this embodiment, a molecular dynamics calculation is performed on the first
[第1工程]
本実施形態の構造緩和工程S3では、先ず、界面5が維持されるように、第1高分子材料モデル3を拘束して、混合系モデル2を構造緩和させる(第1工程S31)。ここで、「界面5が維持される」とは、第1高分子材料モデル3が配置された領域内に、第2高分子材料モデル4が進入せず、かつ、第2高分子材料モデル4が配置された領域内に、第1高分子材料モデル3が進入しない状態が維持されることを意味している。
[First step]
In the structural relaxation step S3 of this embodiment, first, the first
本実施形態の第1工程S31では、先ず、第1高分子材料モデル3が拘束される。第1高分子材料モデル3の拘束は、適宜実施される。本実施形態では、セル6の内部において、第1高分子材料モデル3の粗視化粒子3aの座標が固定される。これにより、第1高分子材料モデル3は、分子動力学計算において、移動不能に拘束される。なお、第1高分子材料モデル3に定義された結合ポテンシャルP1や、LJ相互作用ポテンシャルQ1~Q3(図3に示す)は、無効とされない。
In the first step S31 of this embodiment, first, the first
次に、本実施形態の第1工程S31では、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4を対象に、分子動力学計算が実施される。図9は、第1高分子材料モデル3を拘束して構造緩和した混合系モデル2を示す図である。
Next, in the first step S31 of this embodiment, molecular dynamics calculations are performed on the first
本実施形態の分子動力学計算では、セル6において、圧力(例えば、1atm)及び温度(例えば、290K~305K)が一定(NPT一定)に保たれる。また、分子動力学計算では、例えば、セル6について所定の時間、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4が古典力学に従うものとして、ニュートンの運動方程式が適用される。そして、各時刻での粗視化粒子3a、4aの動きが、分子動力学計算の単位時間ステップ毎に追跡される。このような構造緩和の計算は、例えば、(株)JSOL社製のソフトマテリアル総合シミュレーター(J-OCTA)に含まれるCOGNACを用いて処理することができる。
In the molecular dynamics calculation of this embodiment, the pressure (e.g., 1 atm) and temperature (e.g., 290 K to 305 K) are kept constant (NPT constant) in
本実施形態の第1工程S31では、第1高分子材料モデル3が拘束されている。このため、第1工程S31では、第1高分子材料モデル3を対象とする分子動力学計算が行われても、図9に示されるように、第1高分子材料モデル3の初期配置(混合系モデル入力工程S2での配置状態)が維持される。
In the first step S31 of this embodiment, the first
一方、本実施形態の第1工程S31では、第2高分子材料モデル4が拘束されていない。これにより、第1工程S31では、図5に示した構造緩和工程S3前の第2高分子材料モデル4の初期配置(混合系モデル入力工程S2での配置状態)が、図9に示されるように緩和される。
On the other hand, in the first step S31 of this embodiment, the second
ところで、第2高分子材料モデル4は、隣接する粗視化粒子4a、4a間の距離rijが小さいと、それらの粗視化粒子4a、4aの間に大きな斥力が作用して、第1高分子材料モデル3側に大きく移動することがある。このような第2高分子材料モデル4は、第1高分子材料モデル3を押し退けながら、第1高分子材料モデル3が配置された領域内に進入(割り込み)しようとする。この第2高分子材料モデル4の進入が許容された場合、第1高分子材料モデル3と第2高分子材料モデル4との間の界面5が維持されなくなる。
Incidentally, when the distance r ij between adjacent coarse-
本実施形態の第1工程S31では、第1高分子材料モデル3の拘束により、第1高分子材料モデル3側に大きく移動する第2高分子材料モデル4によって、第1高分子材料モデル3が押し退けられることなく、第2高分子材料モデル4の進入を防ぐことができる。これにより、本実施形態のシミュレーション方法では、第1高分子材料モデル3と第2高分子材料モデル4との間に界面5が維持されるため、界面5が形成された混合系モデル2を作成することが可能となる。
In the first step S31 of this embodiment, the first
さらに、本実施形態のシミュレーション方法では、第1高分子材料モデル3の粗視化粒子3aと、第2高分子材料モデル4の粗視化粒子4aとの間に、LJ相互作用ポテンシャルQ1(図3に示す)が定義されている。これにより、第1工程S31では、LJ相互作用ポテンシャルQ1の斥力によって、第1高分子材料モデル3側に移動(接近)してきた第2高分子材料モデル4を、効果的に跳ね返すことができる。したがって、第1工程S31では、第1高分子材料モデル3が配置された領域内に、第2高分子材料モデルが進入するのを防ぐことができるため、第1高分子材料モデル3と第2高分子材料モデル4との間の界面5が、より確実に維持されうる。
Furthermore, in the simulation method of this embodiment, an LJ interaction potential Q1 (shown in FIG. 3) is defined between the coarse-
本実施形態の第1工程S31では、第2高分子材料モデル4の初期配置が十分に緩和されるまで、混合系モデル2を対象とする分子動力学計算が実施される。これにより、第1工程S31では、第1高分子材料モデル3と第2高分子材料モデル4との間に界面5を維持しつつ、第2高分子材料モデル4の構造を緩和する(安定した配置を求める)ことができる。
In the first step S31 of this embodiment, a molecular dynamics calculation is performed on the mixed system model 2 until the initial arrangement of the second
[第1高分子材料モデルの拘束を解除]
次に、本実施形態の構造緩和工程S3では、第1工程S31の後、第1高分子材料モデル3の拘束が解除される(工程S32)。本実施形態の工程S32では、第1高分子材料モデル3の粗視化粒子3aの座標の固定が解除される。これにより、第1高分子材料モデル3は、分子動力学計算において、セル6の内部を、自由に移動することが可能となる。
[Release constraints on the first polymer material model]
Next, in the structural relaxation step S3 of this embodiment, after the first step S31, the constraint of the first
[第2工程]
次に、本実施形態の構造緩和工程S3では、界面5が維持されるように、第2高分子材料モデル4を拘束して、混合系モデル2を構造緩和させる(第2工程S33)。
[Second step]
Next, in the structural relaxation step S3 of this embodiment, the second
本実施形態の第2工程S33では、先ず、第2高分子材料モデル4が拘束される。第2高分子材料モデル4の拘束は、適宜実施される。本実施形態では、セル6の内部において、第2高分子材料モデル4の粗視化粒子4aの座標が固定される。これにより、第2高分子材料モデル4は、分子動力学計算において、移動不能に拘束される。なお、第2高分子材料モデル4に定義された結合ポテンシャルP2や、LJ相互作用ポテンシャルQ1~Q3(図3に示す)は、無効とされない。
In the second step S33 of this embodiment, first, the second
次に、本実施形態の第2工程S33では、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4を対象に、分子動力学計算が実施される。分子動力学計算は、第1工程S31と同様の手順で実施される。
Next, in the second step S33 of this embodiment, a molecular dynamics calculation is performed on the first
本実施形態の第2工程S33では、第2高分子材料モデル4が拘束されている。このため、第2工程S33では、第2高分子材料モデル4を対象とする分子動力学計算が行われても、図9に示した第2高分子材料モデル4の配置状態(第1工程S31で構造緩和された状態)が維持される。
In the second step S33 of this embodiment, the second
一方、本実施形態の第2工程S33では、第1高分子材料モデル3が拘束されていない。これにより、第2工程S33では、構造緩和工程S3前の第1高分子材料モデル3の初期配置(混合系モデル入力工程S2での配置状態)が緩和される。
On the other hand, in the second step S33 of this embodiment, the first
本実施形態の第2工程S33では、第2高分子材料モデル4の拘束により、第2高分子材料モデル4側に大きく移動する第1高分子材料モデル3の進入を防ぐことができる。これにより、本実施形態のシミュレーション方法では、第1高分子材料モデル3と第2高分子材料モデル4との間に界面5が維持されるため、界面5が形成された混合系モデル2を作成することが可能となる。
In the second step S33 of this embodiment, the first
さらに、本実施形態の第2工程S33では、LJ相互作用ポテンシャルQ1(図3に示す)の斥力によって、第2高分子材料モデル4側に移動(接近)してきた第1高分子材料モデル3を、効果的に跳ね返すことができる。したがって、第2工程S33では、第1高分子材料モデル3と第2高分子材料モデル4との間の界面5が、より確実に維持されうる。
Furthermore, in the second step S33 of this embodiment, the first
本実施形態の第2工程S33では、第1高分子材料モデル3の初期配置が十分に緩和されるまで、混合系モデル2を対象とする分子動力学計算が実施される。これにより、第2工程S33では、第1高分子材料モデル3と第2高分子材料モデル4との間に界面5を維持しつつ、第1高分子材料モデル3の構造を緩和する(安定した配置を求める)ことができる。
In the second step S33 of this embodiment, a molecular dynamics calculation is performed on the mixed system model 2 until the initial arrangement of the first
[第3工程]
次に、本実施形態の構造緩和工程S3では、第2工程S33の後、第2高分子材料モデル4の拘束を解除して、混合系モデル2を構造緩和させる(第3工程S34)。図10は、第2高分子材料モデル4の拘束を解除して構造緩和した混合系モデル2を示す図である。
[Third step]
Next, in the structural relaxation step S3 of this embodiment, after the second step S33, the constraint of the second
本実施形態の第3工程S34では、先ず、第2高分子材料モデル4の粗視化粒子4aの座標の固定が解除される。これにより、第2高分子材料モデル4は、第1高分子材料モデル3とともに、分子動力学計算において、セル6の内部を、自由に移動することが可能となる。
In the third step S34 of this embodiment, first, the coordinates of the coarse-
次に、本実施形態の第3工程S34では、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4を対象に、分子動力学計算が実施される。分子動力学計算は、第1工程S31と同様の手順で実施される。
Next, in the third step S34 of this embodiment, a molecular dynamics calculation is performed on the first
第1高分子材料モデル3は、第2工程S33において、初期配置が緩和されている。このため、第3工程S34では、第1高分子材料モデル3の粗視化粒子3a、3aの間に大きな斥力が作用するのが抑制されるため、第1高分子材料モデル3が大きく移動して、第2高分子材料モデル4に進入することが抑制される。
In the second step S33, the initial position of the first
一方、第2高分子材料モデル4は、第1工程S31において、初期配置が緩和されている。このため、第3工程S34では、第2高分子材料モデル4の粗視化粒子4a、4aの間に大きな斥力が作用するのが抑制されるため、第2高分子材料モデル4が大きく移動して、第1高分子材料モデル3に進入することが抑制される。
On the other hand, the initial position of the second
このように、本実施形態の第3工程S34では、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4の大きな移動が抑制される。このため、本実施形態の第3工程S34では、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4の拘束が解除されていても、界面5を維持しつつ、第1高分子材料モデル3と第2高分子材料モデル4を、より自然な構造へと緩和することができる。これにより、本実施形態のシミュレーション方法では、界面5が形成された2つの高分子材料モデル(本例では、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4)の混合系モデル2を作成することができる。混合系モデル2は、コンピュータ1に記憶される。
In this way, in the third step S34 of this embodiment, large movements of the first
[シミュレーション工程]
図2に示されるように、本実施形態のシミュレーション方法では、コンピュータ1(図1に示す)が、混合系モデル2の界面5(図10に示す)での物理量や相互作用等(以下、単に「物理量等」ということがある。)を計算する(シミュレーション工程S4)。界面5での物理量等は、適宜計算される。本実施形態のシミュレーション工程S4では、例えば、混合系モデル2の変形が計算されて、変形後の界面5での物理量等が計算される。混合系モデル2の変形は、例えば、引張変形や圧縮変形など適宜実施することができる。混合系モデル2の変形計算は、例えば、特許文献(特開2016-81297号公報)に記載の従来方法に基づいて実施されうる。
[Simulation process]
As shown in FIG. 2, in the simulation method of the present embodiment, the computer 1 (shown in FIG. 1) calculates the physical quantities and interactions (hereinafter, simply referred to as "physical quantities, etc.") at the interface 5 (shown in FIG. 10) of the mixed system model 2 (simulation step S4). The physical quantities, etc. at the interface 5 are calculated as appropriate. In the simulation step S4 of the present embodiment, for example, the deformation of the mixed system model 2 is calculated, and the physical quantities, etc. at the interface 5 after the deformation are calculated. The deformation of the mixed system model 2 can be appropriately performed, for example, tensile deformation, compressive deformation, etc. The deformation calculation of the mixed system model 2 can be performed based on the conventional method described in the patent document (JP Patent Publication No. 2016-81297).
本実施形態のシミュレーション方法では、界面5が形成された2つの高分子材料モデル(本例では、第1高分子材料モデル3及び第2高分子材料モデル4)の混合系モデル2を作成することができる。これにより、本実施形態のシミュレーション方法では、実際の高分子材料を用いた実験では測定することが難しい界面5での物理量等を計算することができる。計算結果は、コンピュータ1(図1に示す)に記憶される。
In the simulation method of this embodiment, a mixed system model 2 of two polymer material models (in this example, a first
[物理量等を評価]
次に、本実施形態のシミュレーション方法では、界面5での物理量等が、良好か否かが評価される(工程S5)。本実施形態の工程S5では、シミュレーション工程S4で計算された物理量等に基づいて、コンピュータ1(図1に示す)が評価してもよいし、オペレータ等が評価してもよい。
[Evaluation of physical quantities, etc.]
Next, in the simulation method of the present embodiment, it is evaluated whether the physical quantities and the like at the interface 5 are good or not (step S5). In step S5 of the present embodiment, the evaluation may be performed by the computer 1 (shown in FIG. 1 ) or an operator or the like based on the physical quantities and the like calculated in the simulation step S4.
本実施形態の工程S5では、界面5での物理量等が、予め定められた閾値以上か否かが判断される。閾値は、高分子材料に求められる性能(例えば、耐破壊性能など)に応じて、適宜設定される。 In step S5 of this embodiment, it is determined whether the physical quantity at the interface 5 is equal to or greater than a predetermined threshold value. The threshold value is set appropriately according to the performance required of the polymer material (e.g., fracture resistance, etc.).
工程S5において、界面5での物理量等が閾値以上である場合(工程S5で「Yes」)、高分子材料を用いた製品(例えば、タイヤ等)が製造される(工程S6)。一方、工程S5において、界面5での物理量等が閾値よりも小さい場合(工程S5で「No」)、第1高分子成分及び第2高分子成分の配合等が変更され(工程S7)、工程S1~工程S5が再度実施される。 In step S5, if the physical quantity at interface 5 is equal to or greater than the threshold value (step S5: "Yes"), a product (e.g., a tire) using the polymer material is manufactured (step S6). On the other hand, in step S5, if the physical quantity at interface 5 is smaller than the threshold value (step S5: "No"), the composition of the first polymer component and the second polymer component is changed (step S7), and steps S1 to S5 are performed again.
このように、本実施形態のシミュレーション方法では、混合系モデル2の界面5(図10に示す)での物理量等が閾値以上になるまで、第1高分子成分及び第2高分子成分の配合等が変更される。これにより、本実施形態のシミュレーション方法では、例えば、所望の性能を有する高分子材料を用いて、タイヤなどの製品を確実に製造することが可能となる。 In this way, in the simulation method of this embodiment, the blending of the first polymer component and the second polymer component is changed until the physical quantity at the interface 5 (shown in FIG. 10) of the mixed system model 2 reaches or exceeds a threshold value. As a result, in the simulation method of this embodiment, it becomes possible to reliably manufacture products such as tires using polymer materials having the desired performance, for example.
[高分子材料のシミュレーション方法(第2実施形態)]
これまでの実施形態では、第1高分子材料モデル3の粗視化粒子3aと、第2高分子材料モデル4の粗視化粒子4aとの間に定義されたLJ相互作用ポテンシャルQ1(図3に示す)が、構造緩和工程S3後もそのまま定義されたが、このような態様に限定されない。例えば、LJ相互作用ポテンシャルQ1に代えて、散逸粒子動力学法に基づく相互作用ポテンシャルが定義されてもよい。図11は、本開示の他の実施形態の高分子材料のシミュレーション方法の処理手順を示すフローチャートである。これまでの実施形態と同一の構成については、同一の符号が付され、説明が省略されることがある。
[Simulation method for polymeric material (second embodiment)]
In the above embodiment, the LJ interaction potential Q1 (shown in FIG. 3) defined between the coarse-
[散逸粒子動力学法に基づく相互作用ポテンシャルを定義]
この実施形態のシミュレーション方法では、構造緩和工程S3の後、図3に示したLJ相互作用ポテンシャルQ1に代えて、散逸粒子動力学法に基づく相互作用ポテンシャル(以下、単に「DPDポテンシャル」ということがある。)が定義される(工程S8)。DPDポテンシャル(ソフトコアポテンシャル)は、下記式(2)で定義される。
[Define the interaction potential based on the dissipative particle dynamics method]
In the simulation method of this embodiment, after the structural relaxation step S3, an interaction potential based on the dissipative particle dynamics method (hereinafter, sometimes simply referred to as "DPD potential") is defined (step S8) instead of the LJ interaction potential Q1 shown in Fig. 3. The DPD potential (soft core potential) is defined by the following formula (2).
ここで、
Unonbond(rij):DPDポテンシャル
rij:粗視化粒子間の距離
aij:粗視化粒子間に定義される斥力の強度に対応する定数
rc:カットオフ距離
Where:
U nonbond (r ij ): DPD potential r ij : Distance between coarse-grained particles a ij : Constant corresponding to the strength of the repulsive force defined between coarse-grained particles r c : Cutoff distance
上記の式(2)の定数は、例えば、高分子成分の構造に応じて、適宜設定されうる。この実施形態では、定数aijに25が設定され、カットオフ距離rcに1.0が設定されるが、特に限定されるわけではなく、例えば、高分子成分の構造等に応じて、適宜設定されうる。 The constants in the above formula (2) can be set appropriately depending on, for example, the structure of the polymer component. In this embodiment, the constant a ij is set to 25, and the cutoff distance rc is set to 1.0, but are not particularly limited and can be set appropriately depending on, for example, the structure of the polymer component.
この実施形態のDPDポテンシャルは、LJ相互作用ポテンシャルQ1(図3に示す)とは異なり、粗視化粒子3a、4a間の距離rijがゼロになっても、発散することなく有限の値をもつことができる。したがって、この実施形態のシミュレーション方法では、その後に実施されるシミュレーション工程S4において、計算落ち(ポテンシャルエネルギーの発散)を確実に防ぐことができ、安定した計算が可能となる。
Unlike the LJ interaction potential Q1 (shown in FIG. 3), the DPD potential of this embodiment can have a finite value without diverging even if the distance r ij between the coarse-
また、この実施形態のシミュレーション方法では、これまでの実施形態と同様に、構造緩和工程S3に先立ち、LJ相互作用ポテンシャルQ1(図3に示す)が定義される。Kのため、この実施形態のシミュレーション方法では、第1高分子材料モデル3と第2高分子材料モデル4との間の界面5(図10に示す)が形成された混合系モデル2が、確実に作成されうる。
In addition, in the simulation method of this embodiment, as in the previous embodiments, the LJ interaction potential Q1 (shown in FIG. 3) is defined prior to the structural relaxation step S3. Because of K, the simulation method of this embodiment can reliably create a mixed system model 2 in which an interface 5 (shown in FIG. 10) is formed between the first
この実施形態の工程S8では、隣接する第1高分子材料モデル3、3の粗視化粒子3a、3a間に定義されるLJ相互作用ポテンシャルQ2(図3に示す)に代えて、DPDポテンシャルが定義されてもよい。さらに、工程S8では、隣接する第2高分子材料モデル4、4の粗視化粒子4a、4a間に定義されるLJ相互作用ポテンシャルQ3(図4に示す)に代えて、DPDポテンシャルが定義されてもよい。これにより、この実施形態のシミュレーション方法では、その後に実施されるシミュレーション工程S4において、より安定した計算が可能となる。
In step S8 of this embodiment, a DPD potential may be defined instead of the LJ interaction potential Q2 (shown in FIG. 3) defined between the coarse-
以上、本開示の特に好ましい実施形態について詳述したが、本開示は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。 The above describes in detail a particularly preferred embodiment of the present disclosure, but the present disclosure is not limited to the illustrated embodiment and can be modified and implemented in various ways.
2つの高分子材料モデルの混合系モデルが、コンピュータに入力された(実施例1、実施例2及び比較例)。実施例1、実施例2及び比較例では、図6に示した処理手順に基づいて、界面が形成されるように、第1高分子材料モデル及び第2高分子材料モデルを配置した混合系モデルが入力された(図5に示す)。 A mixed system model of two polymer material models was input to a computer (Example 1, Example 2, and Comparative Example). In Example 1, Example 2, and Comparative Example, a mixed system model in which a first polymer material model and a second polymer material model were arranged so that an interface was formed was input based on the processing procedure shown in Figure 6 (shown in Figure 5).
実施例1及び実施例2では、図8に示した処理手順に基づいて、界面が維持されるように、第1高分子材料モデルを拘束して、混合系モデルを構造緩和させる第1工程が実施された。次に、実施例1及び実施例2では、第1高分子材料モデルの拘束を解除する工程と、界面が維持されるように、第2高分子材料モデルを拘束して、混合系モデルを構造緩和させる第2工程が実施された。そして、実施例1及び実施例2では、第2高分子材料モデルの拘束を解除して、混合系モデルを構造緩和させる第3工程が実施された。 In Examples 1 and 2, a first step was carried out based on the processing procedure shown in FIG. 8, in which the first polymer material model was constrained and the mixed system model was structurally relaxed so that the interface was maintained. Next, in Examples 1 and 2, a step was carried out of releasing the constraint on the first polymer material model, and a second step was carried out of constraining the second polymer material model and structurally relaxing the mixed system model so that the interface was maintained. Then, in Examples 1 and 2, a third step was carried out of releasing the constraint on the second polymer material model and structurally relaxing the mixed system model.
実施例2では、構造緩和工程の後、LJ相互作用ポテンシャルに代えて、散逸粒子動力学法に基づく相互作用ポテンシャル(DPDポテンシャル)が定義された。一方、実施例1は、LJ相互作用ポテンシャルがそのまま定義された。 In Example 2, after the structural relaxation process, an interaction potential based on the dissipative particle dynamics method (DPD potential) was defined instead of the LJ interaction potential. On the other hand, in Example 1, the LJ interaction potential was defined as it was.
比較例では、実施例1及び実施例2とは異なり、第1高分子材料モデル及び第2高分子材料モデルを拘束せずに、混合系モデルを構造緩和させる工程が実施された。共通仕様は、次のとおりである。
高分子成分:
第1高分子成分:ブタジエンゴム
第2高分子成分:天然ゴム
混合系モデル:
第1高分子材料モデル:
合計本数:20本
粗視化粒子の個数:250個/1本
第2高分子材料モデル:
合計本数:160本
粗視化粒子の個数:500個/1本
結合ポテンシャルP1、P2(LJポテンシャル・FENEポテンシャル):
カットオフ距離rc:1.5
伸びきり長R0:21/6
ばね定数k:30
相互作用パラメータε:1.0
粗視化粒子の直径に相当するパラメータσ:1.0
LJ相互作用ポテンシャルQ1:
カットオフ距離rc:21/6
相互作用パラメータε:1.0
粗視化粒子の直径に相当するパラメータσ:1.0
LJ相互作用ポテンシャルQ2及びQ3:
カットオフ距離rc:2.5
相互作用パラメータε:1.0
粗視化粒子の直径に相当するパラメータσ:1.0
分子動力学計算(実施例1及び2):
単位時間ステップ:0.006
第1工程:10000ステップ
第2工程:10000ステップ
第3工程:20000ステップ
分子動力学計算(比較例):
単位時間ステップ:0.006
構造緩和計算:20000ステップ
DPDポテンシャル(実施例2):
粗視化粒子間に定義される斥力の強度に対応する定数aij:25
カットオフ距離rc:1.0
In the comparative example, unlike the examples 1 and 2, the step of structurally relaxing the mixed system model was carried out without constraining the first polymer material model and the second polymer material model. The common specifications are as follows.
Polymer component:
First polymer component: butadiene rubber Second polymer component: natural rubber Mixed system model:
First polymer material model:
Total number: 20
Number of coarse grained particles: 250/particle Second polymer material model:
Total number: 160
Number of coarse-grained particles: 500/particle Bond potentials P1, P2 (LJ potential, FENE potential):
Cutoff distance r c : 1.5
Stretched length R0 : 2 1/6
Spring constant k: 30
Interaction parameter ε: 1.0
Parameter σ corresponding to the diameter of the coarse-grained particles: 1.0
LJ interaction potential Q1:
Cutoff distance r c : 2 1/6
Interaction parameter ε: 1.0
Parameter σ corresponding to the diameter of the coarse-grained particles: 1.0
LJ interaction potentials Q2 and Q3:
Cutoff distance r c : 2.5
Interaction parameter ε: 1.0
Parameter σ corresponding to the diameter of the coarse-grained particles: 1.0
Molecular dynamics calculations (Examples 1 and 2):
Unit time step: 0.006
First step: 10,000 steps Second step: 10,000 steps Third step: 20,000 steps Molecular dynamics calculation (comparative example):
Unit time step: 0.006
Structural relaxation calculation: 20,000 steps DPD potential (Example 2):
Constant a ij corresponding to the strength of the repulsive force defined between coarse-grained particles: 25
Cutoff distance r c : 1.0
図10は、実施例1及び実施例2の混合系モデルを示す図である。図12は、比較例の混合系モデルを示す図である。実施例1及び実施例2では、第1高分子材料モデルと第2高分子材料モデルとの界面を維持したまま、混合系モデルを構造緩和することができた。一方、比較例では、第1高分子材料モデルと第2高分子材料モデルとが混ざり合い、界面を維持できなかった。したがって、実施例1及び実施例2は、界面が形成された2つの高分子材料モデルの混合系モデルを作成することができた。 Figure 10 is a diagram showing the mixed system models of Examples 1 and 2. Figure 12 is a diagram showing the mixed system model of the comparative example. In Examples 1 and 2, the mixed system model could be structurally relaxed while maintaining the interface between the first polymer material model and the second polymer material model. On the other hand, in the comparative example, the first polymer material model and the second polymer material model were mixed together, and the interface could not be maintained. Therefore, in Examples 1 and 2, a mixed system model of two polymer material models in which an interface was formed could be created.
また、実施例2は、構造緩和工程の後に、LJ相互作用ポテンシャルに代えて、DPDポテンシャルが定義された。これにより、実施例2は、その後に実施されるシミュレーション工程において、LJ相互作用ポテンシャルが定義されたままの実施例1に比べて、計算落ちを防ぐことができた。 In addition, in Example 2, after the structural relaxation process, the DPD potential was defined instead of the LJ interaction potential. As a result, Example 2 was able to prevent calculation errors in the simulation process that was performed thereafter, compared to Example 1, in which the LJ interaction potential remained defined.
[付記]
本開示は以下の態様を含む。
[Additional Notes]
The present disclosure includes the following aspects.
[本開示1]
高分子材料のシミュレーション方法であって、
古典分子動力学法に基づいて、第1高分子成分及び第2高分子成分をそれぞれモデル化した第1高分子材料モデル及び第2高分子材料モデルを、コンピュータに入力する工程と、
前記第1高分子材料モデルと前記第2高分子材料モデルとの間に界面が形成されるように、前記第1高分子材料モデル及び前記第2高分子材料モデルを配置した混合系モデルを、前記コンピュータに入力する工程と、
前記コンピュータが、前記混合系モデルを対象とする分子動力学計算を実施して、前記混合系モデルを構造緩和させる工程とを含み、
前記構造緩和させる工程は、前記界面が維持されるように、前記第1高分子材料モデルを拘束して、前記混合系モデルを構造緩和させる第1工程を含む、
高分子材料のシミュレーション方法。
[本開示2]
前記構造緩和させる工程は、前記第1工程の後、前記第1高分子材料モデルの拘束を解除する工程と、
前記界面が維持されるように、前記第2高分子材料モデルを拘束して、前記混合系モデルを構造緩和させる第2工程を含む、本開示1に記載の高分子材料のシミュレーション方法。
[本開示3]
前記構造緩和させる工程は、前記第2工程の後、前記第2高分子材料モデルの拘束を解除して、前記混合系モデルを構造緩和させる第3工程を含む、本開示2に記載の高分子材料のシミュレーション方法。
[本開示4]
前記第1高分子材料モデル及び第2高分子材料モデルを入力する工程は、前記第1高分子成分及び前記第2高分子成分を、複数の粗視化粒子を用いて表現した粗視化分子モデルとして定義する工程を含む、本開示1ないし3のいずれかに記載の高分子材料のシミュレーション方法。
[本開示5]
前記構造緩和させる工程に先立ち、前記第1高分子材料モデルの粗視化粒子と、前記第2高分子材料モデルの粗視化粒子との間に、LJ相互作用ポテンシャルを定義する工程を含む、本開示4に記載の高分子材料のシミュレーション方法。
[本開示6]
前記構造緩和させる工程の後、前記LJ相互作用ポテンシャルに代えて、散逸粒子動力学法に基づく相互作用ポテンシャルを定義する工程をさらに含む、本開示5に記載の高分子材料のシミュレーション方法。
[Disclosure 1]
A method for simulating a polymeric material, comprising the steps of:
inputting a first polymer material model and a second polymer material model, which are models of the first polymer component and the second polymer component, respectively, based on a classical molecular dynamics method, into a computer;
inputting a mixed system model in which the first polymer material model and the second polymer material model are arranged so that an interface is formed between the first polymer material model and the second polymer material model into the computer;
and performing a molecular dynamics calculation on the mixed system model by the computer to relax the structure of the mixed system model,
The step of structurally relaxing the mixed system model includes a first step of structurally relaxing the mixed system model by constraining the first polymer material model so as to maintain the interface.
Simulation methods for polymeric materials.
[Disclosure 2]
the step of relaxing the structure includes, after the first step, releasing constraints on the first polymer material model;
The polymer material simulation method described in the
[Disclosure 3]
The method for simulating a polymer material described in Disclosure 2, wherein the structural relaxation step includes a third step of releasing the constraint of the second polymer material model after the second step and structurally relaxing the mixed system model.
[Disclosure 4]
The method for simulating a polymer material described in any one of
[Disclosure 5]
The method for simulating a polymer material described in
[Disclosure 6]
The method for simulating a polymer material described in the present disclosure 5 further includes, after the structural relaxation step, a step of defining an interaction potential based on a dissipative particle dynamics method instead of the LJ interaction potential.
S1 第1高分子材料モデル及び第2高分子材料モデルを入力する工程
S2 混合系モデルを入力する工程
S3 混合系モデルを構造緩和させる工程
S1: Step of inputting a first polymer material model and a second polymer material model; S2: Step of inputting a mixed system model; S3: Step of relaxing the mixed system model
Claims (6)
古典分子動力学法に基づいて、第1高分子成分及び第2高分子成分をそれぞれモデル化した第1高分子材料モデル及び第2高分子材料モデルを、コンピュータに入力する工程と、
前記第1高分子材料モデルと前記第2高分子材料モデルとの間に界面が形成されるように、前記第1高分子材料モデル及び前記第2高分子材料モデルを配置した混合系モデルを、前記コンピュータに入力する工程と、
前記コンピュータが、前記混合系モデルを対象とする分子動力学計算を実施して、前記混合系モデルを構造緩和させる工程とを含み、
前記構造緩和させる工程は、前記界面が維持されるように、前記第1高分子材料モデルを拘束して、前記混合系モデルを構造緩和させる第1工程を含む、
高分子材料のシミュレーション方法。 A method for simulating a polymeric material, comprising the steps of:
inputting a first polymer material model and a second polymer material model, which are models of the first polymer component and the second polymer component, respectively, based on a classical molecular dynamics method, into a computer;
inputting a mixed system model in which the first polymer material model and the second polymer material model are arranged so that an interface is formed between the first polymer material model and the second polymer material model into the computer;
and performing a molecular dynamics calculation on the mixed system model by the computer to relax the structure of the mixed system model,
The step of structurally relaxing the mixed system model includes a first step of structurally relaxing the mixed system model by constraining the first polymer material model so as to maintain the interface.
Simulation methods for polymeric materials.
前記界面が維持されるように、前記第2高分子材料モデルを拘束して、前記混合系モデルを構造緩和させる第2工程を含む、請求項1に記載の高分子材料のシミュレーション方法。 the step of relaxing the structure includes, after the first step, releasing constraints on the first polymer material model;
2. The method for simulating a polymer material according to claim 1, further comprising a second step of constraining the second polymer material model so as to maintain the interface, and structurally relaxing the mixed system model.
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