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技術 複合材料の解析方法及び複合材料の解析用コンピュータプログラム

出願人 横浜ゴム株式会社
発明者 小島隆嗣
出願日 2018年9月19日 (2年2ヶ月経過) 出願番号 2018-174516
公開日 2020年3月26日 (8ヶ月経過) 公開番号 2020-046906
状態 未査定
技術分野 CAD
主要キーワード 略球状体 破断処理 変形条件 切断数 動ひずみ 運動変位 ポリマーモデル 解析用モデル
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (16)

課題

複合材料破断予測することのできる複合材料の解析方法及び複合材料の解析用コンピュータプログラムを提供すること。

解決手段

複合材料の解析方法は、コンピュータが、複合材料をモデル化した複合材料モデルを含む複合材料の解析用モデルを作成する第1ステップと、解析対象となる複合材料モデルに属し、粒子間結合で結合された少なくとも一対の粒子の粒子間距離閾値を設定する第2ステップと、粒子間距離が閾値以上の場合に、粒子間結合を破断処理して解析用モデルの数値解析を実行する第3ステップと、数値解析で得られた解析用モデルの内部構造の変化の時刻歴を取得し、時刻歴に基づいて、解析用モデルの破断特性を算出する第4ステップと、を含むことを特徴とする。

概要

背景

従来、分子動力学を用いた複合材料シミュレーション方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の複合材料のシミュレーション方法では、モデル作成領域内にポリマーモデル及びフィラーモデルを作成した後、フィラーモデル表面の結合位置にポリマーモデルを結合する。これにより、特許文献1に記載の複合材料の解析方法では、フィラー表面におけるポリマー粒子結合状態が、複合材料の材料特性に与える影響を解析することが可能となる。

概要

複合材料の破断予測することのできる複合材料の解析方法及び複合材料の解析用コンピュータプログラムを提供すること。複合材料の解析方法は、コンピュータが、複合材料をモデル化した複合材料モデルを含む複合材料の解析用モデルを作成する第1ステップと、解析対象となる複合材料モデルに属し、粒子間結合で結合された少なくとも一対の粒子の粒子間距離閾値を設定する第2ステップと、粒子間距離が閾値以上の場合に、粒子間結合を破断処理して解析用モデルの数値解析を実行する第3ステップと、数値解析で得られた解析用モデルの内部構造の変化の時刻歴を取得し、時刻歴に基づいて、解析用モデルの破断特性を算出する第4ステップと、を含むことを特徴とする。

目的

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、複合材料の破断を予測することのできる複合材料の解析方法及び複合材料の解析用コンピュータプログラムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

コンピュータを用いた分子動力学法による複合材料解析方法であって、前記コンピュータが、複合材料をモデル化した複合材料モデルを含む複合材料の解析用モデルを作成する第1ステップと、解析対象となる複合材料モデルに属し、粒子間結合で結合された少なくとも一対の粒子の粒子間距離閾値を設定する第2ステップと、前記粒子間距離が前記閾値以上の場合に、前記粒子間結合を破断処理して前記解析用モデルの数値解析を実行する第3ステップと、前記数値解析で得られた前記解析用モデルの内部構造の変化の時刻歴を取得し、前記時刻歴に基づいて、前記解析用モデルの破断特性を算出する第4ステップと、を含むことを特徴とする、複合材料の解析方法。

請求項2

前記コンピュータが、前記第1ステップと、前記第2ステップとの間に、前記複合材料モデルを架橋させるステップを含む、請求項1に記載の複合材料の解析方法。

請求項3

前記コンピュータは、前記第4ステップにおいて、前記時刻歴として、前記粒子間結合の結合数履歴を使用する、請求項1または2に記載の複合材料の解析方法。

請求項4

前記コンピュータは、前記第4ステップにおいて、前記時刻歴として、前記解析用モデルの体積の履歴を使用する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合材料の解析方法。

請求項5

前記コンピュータは、前記第4ステップにおいて、前記時刻歴として、前記解析用モデル内部の物理量の履歴を使用する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の複合材料の解析方法。

請求項6

前記コンピュータは、前記第4ステップにおいて、前記時刻歴の変化点に基づいて、前記破断特性を算出する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の複合材料の解析方法。

請求項7

前記コンピュータは、前記第4ステップにおいて、予め指定された条件に基づいて、前記破断特性を算出する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の複合材料の解析方法。

請求項8

前記コンピュータは、前記第4ステップにおいて、前記時刻歴の変化速度に基づいて、前記破断特性を算出する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の複合材料の解析方法。

請求項9

前記コンピュータは、前記第4ステップにおいて、複数の異なる前記時刻歴に基づいて、前記破断特性を算出する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の複合材料の解析方法。

請求項10

前記コンピュータは、前記第4ステップにおいて、複数の前記解析用モデルの結果に基づいて、前記破断特性を算出する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の複合材料の解析方法。

請求項11

前記コンピュータが、異なる条件で作成された前記解析用モデル及び解析結果を比較するステップを更に含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の複合材料の解析方法。

請求項12

請求項1〜11のいずれか1項に記載の複合材料の解析方法をコンピュータに実行させることを特徴とする、複合材料の解析用コンピュータプログラム

技術分野

0001

本発明は、複合材料解析方法及び複合材料の解析用コンピュータプログラムに関し、例えば、2以上の物質を含む複合材料の解析方法及び複合材料の解析用コンピュータプログラムに関する。

背景技術

0002

従来、分子動力学を用いた複合材料のシミュレーション方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の複合材料のシミュレーション方法では、モデル作成領域内にポリマーモデル及びフィラーモデルを作成した後、フィラーモデル表面の結合位置にポリマーモデルを結合する。これにより、特許文献1に記載の複合材料の解析方法では、フィラー表面におけるポリマー粒子結合状態が、複合材料の材料特性に与える影響を解析することが可能となる。

先行技術

0003

特開2015−64242号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、タイヤ耐摩耗性能を向上させるゴム材料の開発を加速させるためには、ゴム材料の変形に伴うナノ構造破壊メカニズムを明らかにすることが一助となる。変形前後のゴム材料のナノ構造の破壊を解析することにより、実際のタイヤに用いられるフィラー充填ゴム破断強度向上の材料開発を加速させることができる。

0005

しかしながら、従来の分子動力学による数値解析では、ゴム材料の変形に伴うナノ構造の破壊を解析するためには、ゴム材料中のポリマー粒子の粒子間結合を破断して消去する必要がある。このため、破断後のポリマーモデルを解析しても、粒子間結合が既に消滅しているので、破断箇所を特定することはできず、ゴム材料のナノ構造の破壊のメカニズムの解析が困難であった。また、破断箇所を特定できたとしても、ゴム材料の破断を予測することは困難であった。

0006

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、複合材料の破断を予測することのできる複合材料の解析方法及び複合材料の解析用コンピュータプログラムを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明に係る複合材料の解析方法は、コンピュータを用いた分子動力学法による複合材料の解析方法であって、前記コンピュータが、複合材料をモデル化した複合材料モデルを含む複合材料の解析用モデルを作成する第1ステップと、解析対象となる複合材料モデルに属し、粒子間結合で結合された少なくとも一対の粒子の粒子間距離閾値を設定する第2ステップと、前記粒子間距離が前記閾値以上の場合に、前記粒子間結合を破断処理して前記解析用モデルの数値解析を実行する第3ステップと、前記数値解析で得られた前記解析用モデルの内部構造の変化の時刻歴を取得し、前記時刻歴に基づいて、前記解析用モデルの破断特性を算出する第4ステップと、を含むことを特徴とする。

0008

本発明に係る複合材料の解析方法によれば、解析用モデルの内部構造の変化の時刻歴に基づくことで、解析用モデルの破断特性を数値で評価することができるようになる。その結果、破断に伴う複合材料の伸びや、複合材料の強度を精度よく予測することができる。そして、破断処理を疑似的に行うこともできるので、粒子間距離が閾値以上の領域においても、粒子間結合が破断によって消去されずに解析用モデルを数値解析することも可能となる。これにより、複合材料の解析方法は、破断に伴う粒子間結合の物理的な消滅を防ぐことができるので、粒子間結合の疑似的な破断を再現することが可能となる。

0009

本発明の複合材料の解析方法においては、前記コンピュータが、前記第1ステップと、前記第2ステップとの間に、前記複合材料モデルを架橋させるステップを含むことが好ましい。この方法により、複合材料の解析方法は、架橋反応を介して複合材料を予め架橋した状態で解析用モデルの数値解析をできるので、複合材料の架橋が粒子間結合の破断に及ぼす影響を解析可能となる。

0010

本発明の複合材料の解析方法においては、前記コンピュータは、前記第4ステップにおいて、前記時刻歴として、前記粒子間結合の結合数履歴を使用することが好ましい。この方法により、破断特性を、破断に直結する切断された結合数の履歴に基づいて、評価することができる。その結果、破断特性を、より精度よく予測することが可能となる。

0011

本発明の複合材料の解析方法においては、前記コンピュータは、前記第4ステップにおいて、前記時刻歴として、前記解析用モデルの体積の履歴を使用することが好ましい。この方法により、破断特性を、解析用モデルの体積の変化に基づいて評価することができる。その結果、解析用モデル中に発生したボイドや、発生したボイドの成長を考慮することができるので、破断特性をより精度よく予測することが可能となる。

0012

本発明の複合材料の解析方法においては、前記コンピュータは、前記第4ステップにおいて、前記時刻歴として、前記解析用モデル内部の物理量の履歴を使用することが好ましい。この方法により、破断特性を、解析用モデル内部に発生する応力に基づいて評価することができる。その結果、破断特性をより精度よく予測することが可能となる。

0013

本発明の複合材料の解析方法においては、前記コンピュータは、前記第4ステップにおいて、前記時刻歴の変化点に基づいて、前記破断特性を算出することが好ましい。この方法により、破断特性を、時刻歴の変化の傾きが変わった時点に基づいて、評価することができる。その結果、破断特性をより精度よく予測することが可能となる。

0014

本発明の複合材料の解析方法においては、前記コンピュータは、前記第4ステップにおいて、予め指定された条件に基づいて、前記破断特性を算出することが好ましい。この方法により、破断特性を、任意の条件に基づいて評価することができる。その結果、ユーザが所望する条件に基づいて、破断特性を予測することが可能となる。

0015

本発明の複合材料の解析方法においては、前記コンピュータは、前記第4ステップにおいて、前記時刻歴の変化速度に基づいて、前記破断特性を算出することが好ましい。この方法により、破断特性を、時刻歴の変化速度に基づいて、評価することができる。その結果、破断特性をより精度よく予測することが可能となる。

0016

本発明の複合材料の解析方法においては、前記コンピュータは、前記第4ステップにおいて、複数の異なる前記時刻歴に基づいて、前記破断特性を算出することが好ましい。子方法によれば、破断特性を複数の異なる時刻歴を組み合わせて、評価することができる。その結果、破断特性をより精度よく予測することが可能となる。

0017

本発明の複合材料の解析方法においては、前記コンピュータは、前記第4ステップにおいて、複数の前記解析用モデルの結果に基づいて、前記破断特性を算出することが好ましい。この方法により、破断特性を、複数の解析用モデルで評価することができる。その結果、解析用モデルに起因する評価結果のばらつきの影響を除去することができる。

0018

本発明の複合材料の解析方法においては、前記コンピュータが、異なる条件で作成された前記解析用モデル及び解析結果を比較するステップを更に含むことが好ましい。この方法により、解析用モデルの違いに起因する、評価結果の差異を比較することができる。その結果、複合材料のナノ構造や、変形条件調査することができる。

0019

本発明の複合材料の解析用コンピュータプログラムは、上記複合材料の解析方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。

0020

本発明の複合材料の解析用コンピュータプログラムによれば、解析用モデルの内部構造の変化の時刻歴に基づくことで、解析用モデルの破断特性を数値で評価することができるようになる。その結果、破断に伴う複合材料の伸びや、複合材料の強度を精度よく予測することができる。そして、破断処理を疑似的に行うこともできるので、粒子間距離が閾値以上の領域においても、粒子間結合が破断によって消去されずに解析用モデルを数値解析することも可能となる。これにより、複合材料の解析方法は、破断に伴う粒子間結合の物理的な消滅を防ぐことができるので、粒子間結合の疑似的な破断を再現することが可能となる。

発明の効果

0021

本発明によれば、複合材料の破断を予測することのできる複合材料の解析方法及び複合材料の解析用コンピュータプログラムを実現できる。

図面の簡単な説明

0022

図1は、本発明の実施形態に係る複合材料の解析方法の一例の概略を示すフローチャートである。
図2は、本実施形態に係る複合材料の解析用モデルの一例を示す概念図である。
図3Aは、モデル作成領域内での粒子間結合の破断位置の説明図である。
図3Bは、モデル作成領域内での粒子間結合の破断位置の説明図である。
図3Cは、モデル作成領域内での粒子間結合の破断位置の説明図である。
図4は、切断結合数と、ひずみとの関係の時刻歴を示す図である。
図5は、解析用モデルの体積と、ひずみとの関係の時刻歴を示す図である。
図6は、残存結合数と、ひずみとの関係の時刻歴を示す図である。
図7は、切断結合数と、ひずみとの関係の時刻歴を示す図である。
図8は、解析用モデルの体積と、ひずみとの関係の時刻歴を示す図である。
図9は、残存結合数と、ひずみとの関係の時刻歴を示す図である。
図10は、破断伸びと、架橋密度との関係の時刻歴を示す図である。
図11は、変化速度と、架橋密度との関係の時刻歴を示す図である。
図12は、本実施形態に係る複合材料の解析方法及び複合材料の解析方法を実行する解析装置機能ブロック図である。
図13は、本発明の実施例に係る複合材料の解析方法の一例の概略を示すフローチャートである。

実施例

0023

以下、本発明の各実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の各実施形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。なお、以下においては、解析対象となる複合材料がポリマー及びフィラーを含む例について説明しているが、本発明は、2種類の以上の物質を含有する複合材料にも適用可能である。また、本発明は、フィラー及びポリマー以外の物質を含有する複合材料にも適用可能である。

0024

図1は、本実施形態に係る複合材料の解析方法の概略を示すフローチャートである。図1に示すように、本実施形態に係る複合材料の解析方法は、第1ステップST11と、第2ステップST12と、第3ステップST13と、第4ステップST14とを含む、コンピュータを用いた分子動力学法による複合材料の解析方法である。

0025

第1ステップST11では、コンピュータは、ポリマーをモデル化したポリマーモデル)及びフィラーをモデル化したフィラーモデルを含む複合材料の解析用モデルを作成する。

0026

第2ステップST12では、コンピュータは、解析対象となる第1物質モデル又は第2物質モデルに属し、粒子間結合で結合された少なくとも一対の粒子の粒子間距離に閾値を設定する。

0027

第3ステップST13では、コンピュータは、粒子間距離が閾値以上の場合に、粒子間結合を破断処理する。

0028

そして、第4ステップST14では、コンピュータは、破断処理された粒子間結合の複合材料の内部構造の変化に関する時刻歴を取得する。そして、コンピュータは、取得した時刻歴に基づいて、数値解析を実行して破断特性を算出する。

0029

図2は、本実施形態に係る複合材料の解析用モデル1の一例を示す概念図である。図2に示すように、解析用モデル1は、例えば、一辺の長さが距離Lの略立方体形状仮想空間であるモデル作成領域A内でモデル化される。モデル作成領域Aは、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸方向に広がる三次元空間となっている。解析用モデル1は、複数のフィラー粒子11aがモデル化された4つのフィラーモデル11A,11B,11C,11Dと、複数のポリマー粒子21a及び結合鎖21bがモデル化された4つのポリマーモデル21とを含む。なお、図2に示す例では、解析用モデル1が、4つのフィラーモデル11A,11B,11C,11Dがモデル化された例について説明するが、モデル化されるフィラーモデルの数に制限はない。解析用モデル1は、4未満のフィラーモデル11を含んでいてもよく、4つを超えるフィラーモデル11を含んでいてもよい。また、図2においては、4つのポリマーモデル21のみを示しているが、解析用モデル1では、複数のポリマーモデル21がモデル作成領域A内の全域に亘って存在している。さらに、図2に示す例では、モデル作成領域Aが、略直方体形状の仮想空間である例について示しているが、球状、楕円状、直方体形状、多面体形状など任意の形状であってもよい。

0030

フィラーモデル11は、複数のフィラー粒子11aがそれぞれ略球状体集合した状態でモデル化される。また、フィラーモデル11は、互いに所定間隔をとって離れた状態で配置されている。なお、フィラーモデル11とは、相互に凝集した状態で外縁部が共有結合によって相互に連結されていてもよい。

0031

フィラーとしては、例えば、カーボンブラックシリカ、及びアルミナなどが含まれる。フィラー粒子11aは、複数のフィラーの原子が集合されてモデル化される。また、フィラー粒子11aは、複数のフィラー粒子11aが集合してフィラー粒子群を構成する。フィラー粒子11aは、複数のフィラー粒子11a間の結合鎖(不図示)によって相対位置が特定されている。この結合鎖(不図示)は、フィラー粒子11a間の結合距離である平衡長とばね定数とが定義されたバネとしての機能を有し、各フィラー粒子11a間を拘束している。結合鎖は、フィラー粒子11a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。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数値データである。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。

0032

ポリマーとしては、例えば、ゴム樹脂、及びエラストマーなどが含まれる。ポリマー粒子21aは、複数のポリマーの原子が集合されてモデル化される。また、ポリマー粒子21aは、複数のポリマー粒子21aが集合してポリマー粒子群を構成する。ポリマーには、フィラーとの親和性を高める変性剤が必要に応じて配合される。この変性剤としては、例えば、水酸基カルボニル基、及び原子団官能基などが含まれる。ポリマーモデル21は、複数のポリマー原子及び複数のポリマー原子の集合体であるポリマー粒子21aがモデル作成領域A内に所定密度充填されてモデル化される。ポリマー粒子21aは、複数のポリマー粒子21a間の結合鎖21bによって結合されて相対位置が特定されている。この結合鎖21bは、ポリマー粒子21a間の結合距離である平衡長とばね定数とが定義されたバネとしての機能を有し、各ポリマー粒子21a間を拘束している。結合鎖21bは、ポリマー粒子21aの相対位置及び捻り、曲げなどによって力が発生するポテンシャルが定義されているボンドである。また、結合鎖21bは、複数のポリマー粒子21aが直列状に連結されてなるポリマーモデル21間にも架橋結合(不図示)として結合されている。このポリマーモデル21は、ポリマーを分子動力学で取り扱うための数値データ(ポリマー粒子21aの質量、体積、直径及び初期座標などを含む)である。ポリマーモデル21の数値データは、コンピュータに入力される。

0033

解析用モデル1は、分子動力学法による数値解析により各種物理量が取得される。数値解析としては、例えば、伸張解析、せん断解析などの変形解析及び緩和解析などの運動解析が挙げられる。これらの運動解析で取得する物理量は、運動解析の結果得られた変位などの値を用いてもよく、所定の演算処理を実行した歪みであってもよい。これらの中でも、運動解析としては、複合材料のコンパウンド力学特性を解析可能となる観点から、変形解析が好ましい。

0034

次に、本実施形態に係る複合材料の解析方法について詳細に説明する。第1ステップST11では、複数のフィラー粒子11aが集合してモデル化されたフィラーモデル11及び複数のポリマー粒子21aが結合鎖21bを介して連結されてモデル化されたポリマーモデル21を含む複合材料の解析用モデル1(図2参照)を作成する。

0035

また、第1ステップST11では、作成したフィラーモデル11とポリマーモデル21との間に相互作用を設定する。フィラーモデル11とポリマーモデル21との間の相互作用としては、例えば、分子間力及び水素結合などの引力及び斥力などの化学的な相互作用、及び共有結合などの物理的な相互作用が挙げられる。なお、フィラーモデル11とポリマーモデル21との間の相互作用は、フィラー粒子11a間、ポリマー粒子21a間及びフィラー粒子11aとポリマー粒子21aとの間に必要に応じて設定されるものである。そのため、必ずしも全てのフィラー粒子11a及びポリマー粒子21aに設定されるものではない。また、ポリマーモデル21が複数の種類のポリマー粒子21aで構成されている場合には、複数の種類のポリマー粒子21aにそれぞれ相互作用を設定してもよい。また、複数の種類の各ポリマー粒子21aとフィラーモデル11との相互作用は同一であってもよく、異なっていてもよい。例えば、ポリマー粒子Aとフィラー粒子11aの相互作用とポリマー粒子Bとフィラー粒子11aの相互作用とは異なる相互作用を設定してもよい。

0036

次に、第2ステップST12では、ポリマー粒子21aの粒子間距離に所定の閾値を設定する。粒子間距離としては、ポリマー粒子21aを連結する結合鎖21bの長さを用いてもよく、一対のポリマー粒子21a間の直線距離を用いてもよい。なお、本実施形態においては、第2ステップST12において、解析対象となる一対のポリマー粒子21aの粒子間距離に所定の閾値を設定する例について説明するが、これに限定されるものではない。粒子間距離の閾値は、解析対象となる複合材料に応じて一対のフィラー粒子11a間の粒子間距離に設定してもよい。

0037

次に、第3ステップST13では、ポリマー粒子21aの粒子間距離が所定の閾値以上の場合に、ポリマー粒子21aの粒子間の結合を破断処理する。

0038

次に、第4ステップST14では、内部変化の時刻歴に基づいて解析用モデルの数値解析を実行する。

0039

具体的には、本実施形態においては、一対のポリマー粒子21aの粒子間距離に所定の閾値を設定し、粒子間距離が閾値以上の場合には、粒子間距離が閾値S未満の場合に対して、粒子間結合の結合エネルギー及び結合力を低下させる破断結合演算関数を用いて粒子間結合を演算する。当該破断結合演算用関数としては、例えば、下記式(1)に示すものが挙げられる。この破断結合演算用関数を用いることにより、ポリマー粒子間距離が所定の閾値未満の場合には、一対のポリマー粒子21a間の粒子間距離に応じて結合エネルギー及び結合力が増減し、粒子間距離が所定の閾値S以上の場合には、結合エネルギー及び結合力がゼロとなる。なお、下記式(1)については、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更可能である。なお、以下においては、結合エネルギーを低下させ例について説明するが、結合力を低下させる場合にも同様に実施可能である。

0040

0041

このように、上記実施形態によれば、粒子間距離が閾値以上の領域においては、粒子間結合の結合エネルギー及び結合力の少なくとも一方が低下するので、粒子間結合を破断することなく解析用モデルの数値解析を継続することが可能となる。これにより、破断に伴う粒子間結合の物理的な消滅を防ぐことができるので、粒子間結合を物理的に消滅させずに疑似的な切断を再現することが可能となる。したがって、数値解析時に破断した粒子間結合の破断箇所を特定することが可能となる複合材料の解析方法を実現できる。

0042

また、上述した実施形態では、ポリマー粒子21aの粒子間距離が閾値以上となると所定の破断結合演算用関数を適用して粒子間結合を演算する例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、粒子間距離の時間平均値が閾値以上となった場合に、粒子間結合の結合エネルギー及び結合力を低下させる破断結合演算用関数を用いて解析用モデル1の数値解析を実行してもよい。これにより、例えば、ブラウン運動などによって、一時的に粒子間距離が閾値以上となった一対のポリマー粒子21aにおける粒子間結合の結合エネルギー及び結合力を低下させる破断結合演算用関数を用いた演算を除外することができる。この結果、実際の複合材料における粒子間結合の破断を精度よく再現することが可能となる。

0043

ところで、粒子間結合によって連結された一対のポリマー粒子21aが複数存在する場合には、解析用モデル1の数値解析後、複数の一対のポリマー粒子21aの粒子間距離が順次閾値S以上となる。そして、粒子間結合の結合エネルギー及び結合力の少なくとも一方が順次低下した状態となる。この場合、粒子間結合の結合エネルギー及び結合力の少なくとも一方が低下したポリマーモデル21の座標をそれぞれ特定しても、必ずしも十分にそれぞれの正確な破断位置を評価することができない場合がある。

0044

そこで、上記実施形態においては、粒子間距離が閾値以上となった時点の粒子間結合の座標を破断位置として特定して評価してもよい。図3A図3Cは、モデル作成領域A内での粒子間結合の破断位置の説明図である。なお、図3Aにおいては、第1解析時間T1の状態を示し、図3Bにおいては、第2解析時間T2の状態を示し、図3Cにおいては、第3解析時間T3の状態を示している。

0045

本実施形態では、複数の解析時間について、それぞれ粒子間結合の結合エネルギー及び結合力が低下した粒子間結合の位置を特定する。図3Aに示す例では、第1解析時間T1では、ポリマーモデル21Aは、フィラーモデル11の近傍で粒子間距離が閾値S以上となり、結合エネルギー又は結合力が低下した破断結合鎖21bxが生じている。フィラーモデル11の近傍に存在するポリマーモデル21B,21Cは、ポリマー粒子21aの粒子間距離が閾値S未満となり結合鎖21bが残存している。この第1解析時間T1では、ポリマーモデル21Aの座標を破断座標X1として特定する。

0046

次に、所定時間経過後の第2解析時間T2では、ポリマーモデル21Bは、フィラーモデル11の近傍で粒子間距離が閾値S以上となり、結合エネルギー又は結合力が低下した破断結合鎖21bxが生じている。フィラーモデル11の近傍に存在するポリマーモデル21Cは、ポリマー粒子21aの粒子間距離が閾値S未満となり結合鎖21bが残存している。一方、移動によりフィラーモデル11から離れたポリマーモデル21Aは、結合エネルギー又は結合力が低下した破断結合鎖21bxが維持されている。この第2解析時間T2では、ポリマーモデル21Bの座標を新たな破断座標X2として特定し、第1解析時間T1で既に破断結合鎖21bxが生じたポリマーモデル21Aの現座標は破断座標として新たに特定しない。

0047

さらに、所定時間経過後の第3解析時間T3では、ポリマーモデル21Cは、フィラーモデル11の近傍で粒子間距離が閾値S以上となり、結合エネルギー又は結合力が低下した破断結合鎖21bxが生じている。移動によりフィラーモデル11表面から離れたポリマーモデル21A,21Bは、ポリマー粒子21aの粒子間結合が閾値S以上となり破断結合鎖21bxが維持されている。この第3解析時間T3では、ポリマーモデル21Cの座標を破断座標X3として新たに特定する。そして、第1解析時間T1で既に破断結合鎖21bxが生じたポリマーモデル21Aの現座標及び第2解析時間T2で既に破断結合鎖21bxが生じたポリマーモデル21Bの現座標は破断座標として特定しない。

0048

このように、連続する第1解析時間T1〜第3解析時間T3中に粒子間距離が閾値S以上となった破断座標X1〜X3を順次特定することにより、例えば、フィラーモデル11表面からの距離と破断座標の座標分布とが得られる。これにより、図3A図3Cに示した解析用モデル1の数値解析では、フィラーモデル11からの距離が近くなるにつれて破断座標X1〜X3の座標分布が増大することが分かる。この結果から、粒子間結合の破断されやすい場所を評価することができるので、フィラーモデル11表面からの距離と破断確率の関係などを評価することが可能となる。

0049

なお、図3A図3Cに示した例では、粒子間結合に代表点を設定して破断位置(破断座標)を特定してもよい。例えば、図3Aに示した例では、粒子間結合である結合鎖21bにおける一対のポリマー粒子21aとの重心(中点)又はポリマー粒子21aの座標と重なる端点などを代表点として破断位置として特定する。これにより、長さが増大した粒子間結合の代表点の座標を破断位置として評価することができるので、破断位置の評価が容易となる。

0050

また、図3A図3Cに示した例では、粒子間距離が所定値以上となった粒子間結合を可視化してもよい。これにより、疑似的に破断した一対のポリマー粒子21a間の粒子間結合である破断結合鎖21bxを目視で確認することができるので、数値解析時に破断した粒子間結合の破断箇所の特定が容易となる。同様に、粒子間結合が破断して破断結合鎖21bxが生じた破断座標X1〜X3を可視化してもよい。これにより、破断しやすい場所を目視で評価できるので、破断しやすい場所の評価が容易となる。また、代表点を可視化してもよい。これにより、長さが増大した粒子間結合の全体を可視化せずに代表点を可視化するので、破断した粒子間結合の確認が容易となる。粒子間結合の可視化は、例えば、破断結合鎖21bx以外の結合鎖21bを非表示としてもよく、結合鎖21bの透明度を高めてもよく、破断結合鎖21bxの色及び太さを結合鎖21bと変更して表示してもよい。これにより、破断結合鎖21bxを強調することができ、目視で容易に確認することが可能となる。

0051

[第1実施例]
図4図6を用いて、解析用モデルの内部構造の変化の履歴を取得して、破断点を予測する方法について説明する。図4図6は、第1実施例に係る破断点を予測する方法を説明するための図である。具体的には、第1実施例は、複合材料の破断を考慮したシミュレーションを実行する。

0052

図4は、切断結合数と、ひずみとの時刻歴の関係を示す図である。ここで、切断結合数とは、解析用モデルに含まれる、切断されたポリマー粒子間の結合数を意味している。図4において、グラフL1は、切断結合数に対するひずみの時間変化のシミュレーション結果の時刻歴である。直線L2は、時間に対する切断結合数の変化率を示している。時点P1は、切断結合数の変化点を示している。時点P2は、予め指定した条件を満たして点を示している。ここでは、時点P2は、例えば、複合材料が破断する点である。また、時点P2の切断結合数はN1個であるものとする。すなわち、図4の時刻歴は、切断結合数の数がN1となった時点で、複合材料が破断することを示している。

0053

角度θ1は、時点P1から時点P2までの間の切断結合数の変化速度を示している。言い換えれば、図4では、切断結合数の時間変化を、線形の関数に近似することで、切断結合数の変化速度を算出している。ここで、切断結合数の変化速度としては、時点P1以降の変化速度を用いることが好ましいが、時点P1よりも前の変化速度を用いてもよい。また、図4では、切断結合数の変化を、線形の関数に近似することで算出しているが、これは、例示であり、本発明を限定するものではない。本発明では、例えば、切断結合数の変化を、2次関数などの曲線に近似してもよいし、指数関数に近似してもよい。

0054

すなわち、図4に示すような時刻歴には、複合材料の変化が始まってから複合材料が破断するまでの切断結合数の変化に関する情報が含まれている。このため、図4に示すような時刻歴を取得し、切断結合数の変化に基づくことで、複合材料の破断点を予測することができる。また、角度θ1が所定の値以上、言い換えれば、変化速度が所定の値以上となった場合に、複合材料が破断することを予測することができる。ここで、例えば、変化点、破断点及び変化速度を組み合わせて、複合材料の破断を予測してもよい。

0055

図5は、ボイド体積と、ひずみとの関係の時刻歴を示す図である。図5において、グラフL3は、ボイド体積に対するひずみの時間変化のシミュレーション結果の時刻歴である。直線L4は、時間に対するボイド体積の変化率を示している。時点P3は、ボイド体積の変化点を示している。時点P4は、予め指定した条件を満たしている点を示している。ここでは、時点P4は、例えば、複合材料が破断する点である。また、時点P4のボイド体積はV1であるものとする。すなわち、図5の時刻歴は、ボイド体積がV1となった時点で、複合材料が破断することを示している。

0056

角度θ2は、時点P3から時点P4までの間のボイド体積の変化速度を示している。ボイド体積の変化速度に関しても、切断結合数の変化速度と同様に、種々の方法で算出してもよい。

0057

すなわち、図5に示すような時刻歴には、複合材料の変化が始まってから複合材料が破断するまでのボイド体積の変化に関する情報が含まれている。このため、図5に示すような時刻歴を取得し、ボイド体積の変化に基づくことで、複合材料の破断点を予測することができる。また、角度θ2が所定の値以上になった場合に、複合材料が破断することを予測することができる。ここで、例えば、変化点、破断点及び変化速度を組み合わせて、複合材料の破断を予測してもよい。

0058

図6は、残存結合数と、ひずみとの関係の時刻歴を示す図である。ここで、残存結合数とは、解析用モデルに含まれる、ポリマー粒子間の結合数を意味している。図6において、グラフL5は、残存結合数に対するひずみの時間変化のシミュレーション結果の時刻歴である。直線L6は、時間に対する残存結合数の変化率を示している。時点P5は、残存結合数の変化点を示している。時点P6は、予め指定された条件を満たしている点を示している。ここでは、時点P6は、例えば、複合材料が破断する点である。また、時点P6の残存結合数はN2であるものとする。すなわち、図6の時刻歴は、残存結合数がN2となった時点で、複合材料が破断することを示している。

0059

角度θ3は、時点P5から時点P6まで間の残存結合数の変化速度を示している。残存結合数の変化速度に関しても、切断結合数及びボイド体積の変化と同様に、種々の方法で算出してもよい。

0060

すなわち、図6に示すような時刻歴には、複合材料の変化が始まってから複合材料が破断するまでの残存結合数の変化に関する情報が含まれている。このため、図6に示すような時刻歴を取得し、残存結合数に基づくことで、複合材料の破断点を予測することができる。また、角度θ3が所定の値以上になった場合に、複合材料が破断することを予測することができる。ここで、例えば、変化点、破断点及び変化速度を組み合わせて、複合材料の破断を予測してもよい。また、変化点、破断点及び変化速度に対して、重みを付けて複合材料の破断を予測してもよい。

0061

さらに、図4図6の結果を組み合わせて、複合材料の破断を予測してもよい。この場合、図4図6の結果の全てを用いて破断を予測してもよいし、図4図6のうち、いずれか2つを用いて複合材料の破断を予測してもよい。また、結果を組み合わせて、複合材料の破断を予測する場合、各結果に重みを付けて、複合材料の破断を予測してもよい。

0062

[第2実施例]
図7図9を用いて、解析用モデルの内部構造の変化の履歴を取得して、破断点を予測する方法について説明する。図7図9は、第2実施例に係る破断点を予測する方法を説明するための図である。第2実施例では、異なる2つの解析条件のシミュレーション結果を比較することで、複合材料の破断を予測することができる。具体的には、第2実施例は、複合材料の破断を考慮したシミュレーション結果と、破断を考慮しないシミュレーション結果とを比較することで破断点を予測する。

0063

図7は、切断結合数と、ひずみとの時刻歴の関係を示す図である。図7において、グラフL11は、切断結合数に対するひずみの時間変化のシミュレーション結果の時刻歴である。言い換えると、グラフL11は、例えば、複合材料の破断を考慮する場合のシミュレーション結果である。グラフL21は、切断結合数を変化させない場合のひずみの時間変化のシミュレーション結果の時刻歴である。言い換えると、グラフL21は、複合材料の破断を考慮しない場合のシミュレーション結果である。

0064

第2実施例では、複合材料の破断を考慮したシミュレーションの結果と、破断を考慮しないシミュレーションの結果とを比較することで、複合材料の破断点を予測する。この場合、第2実施例は、例えば、グラフL11と、グラフL21とのある時点での結果の差が、予め設定した絶対値または相対値となった場合に、その時点を破断点として予測する。具体的には、第2実施例では、図7に示すように、時点P11における切断結合数の差がΔN1個となった場合に、複合材料が破断することを取得する。

0065

すなわち、図7に示すような時刻歴には、複合材料の破断を考慮した場合と、破断を考慮しない場合のシミュレーション結果とを比較した場合に、複合材料が破断する残存結合数の差に関する情報が含まれている。このため、図7に示すような時刻歴を取得し、残存結合数に基づくことで、複合材料の破断点を予測することができる。

0066

図8は、ボイド体積と、ひずみとの時刻歴の関係を示す図である。図8において、グラフL12は、ボイド体積に対するひずみの時間変化のシミュレーション結果の時刻歴である。言い換えると、グラフL12は、例えば、複合材料の破断を考慮する場合のシミュレーション結果である。グラフL22は、ボイド体積を変化させない場合のひずみの時間変化のシミュレーション結果の時刻歴である。言い換えると、グラフL22は、複合材料の破断を考慮しない場合のシミュレーション結果である。

0067

図8において、時点P12におけるボイド体積の差がΔVとなった場合に、複合材料が破断することを取得する。

0068

すなわち、図8に示すような時刻歴には、複合材料の破断を考慮した場合と、破断を考慮しない場合のシミュレーション結果とを比較した場合に、複合材料が破断する残存結合数の差に関する情報が含まれている。このため、図8に示すような時刻歴を取得し、残存結合数に基づくことで、複合材料の破断点を予測することができる。

0069

図9は、残存結合数と、ひずみとの時刻歴の関係を示す図である。図9において、グラフL13は、残存結合数に対するひずみの時間変化のシミュレーション結果の時刻歴である。言い換えると、グラフL13は、例えば、複合材料の破断を考慮する場合のシミュレーション結果である。グラフL23は、残存結合数を変化させない場合のひずみの時間変化のシミュレーション結果の時刻歴である。言い換えると、グラフL23は、複合材料の破断を考慮しない場合のシミュレーション結果である。

0070

図9において、時点P13における切断結合数の差がΔN2となった場合に、複合材料が破断することを取得する。

0071

すなわち、図9に示すような時刻歴には、複合材料の破断を考慮した場合と、破断を考慮しない場合のシミュレーション結果とを比較した場合に、複合材料が破断する残存結合数の差に関する情報が含まれている。このため、図9に示すような時刻歴を取得し、残存結合数に基づくことで、複合材料の破断点を予測することができる。

0072

さらに、図7図9の結果を組み合わせて、複合材料の破断を予測してもよい。この場合、図7図9の結果の全てを用いて破断を予測してもよいし、図7図9のうち、いずれか2つを用いて複合材料の破断を予測してもよい。また、結果を組み合わせて、複合材料の破断を予測する場合、各結果に重みを付けて、複合材料の破断を予測してもよい。

0073

第2実施例では、粒子間結合の切断を考慮した解析結果と、切断を考慮しない解析結果とを比較する場合について説明したが、これは例示であり、本発明を限定するものではない。比較する解析条件としては、温度、最大ひずみ、ひずみの振幅、静ひずみ、動ひずみ伸長速度サイクル数負荷除荷、圧力、変形モードなどが挙げられる。なお、ここで挙げた解析条件は、例示であり、本発明を限定するものではない。本発明は、その他の解析条件同士を比較して、複合材料の破断を予測してもよい。

0074

[第3実施例]
図10を用いて架橋密度と、破断伸びとの関係について説明する。図10は、架橋密度と、破断伸びとの関係を示す模式図である。図10では、それぞれが異なる架橋密度を有する3個の解析モデルについての破断伸びを示している。

0075

点P21と、点P22と、点P23とは、複合材料が図4に示す時点P2になった時点を破断伸びとした場合の架橋密度と、破断伸びとの関係を示している。すなわち、点P21と、点P22と、点P23とは、切断結合数が指定値に達した際のひずみの大きさを破断伸びとしている。この場合、点P21、点P22、点P23の順に架橋密度は大きくなる。

0076

点P31と、点P32と、点P33とは、複合材料が図5に示す時点P3になった時点を破断伸びとした場合の架橋密度と、破断伸びとの関係を示している。すなわち、点P31と、点P32と、点P33とは、ボイド体積の変化開始時点のひずみの大きさを破断伸びとしている。この場合、点P31、点P32、点P33の順に架橋密度は大きくなる。

0077

図10に示すように、点P21〜P23に示すように、結合切断数に基づいて破断伸びを定義した場合、架橋密度が大きいほど、破断伸びは減少している。また、点P31〜P33に示すように、ボイド体積の変化開始時点に基づいて破断伸びを定義した場合、架橋密度が大きいほど、破断伸びは減少している。このように、第3実施例では、架橋密度の異なるモデル間の破断伸びの差異を比較することができる。

0078

図11を用いて架橋密度と、物理量の変化速度の関係について説明する。図11は、架橋密度と、破断伸びとの関係を示す模式図である。図10では、異なる3個の架橋密度を有するモデルについての破断伸びを示している。

0079

点P41と、点P42と、点P43とは、図4に示す角度θ1で定義される物理量の変化速度を示している。すなわち、点P41と、点P42と、点P43とは、結合切断数の変化速度と、架橋密度との関係を示している。この場合、点P41と、点P42と、点P43の順に架橋密度は大きくなる。

0080

点P51と、点P52と、点P53とは、図5に示す角度θ2で定義される物理量の変化速度を示している。すなわち、点P51と、点P52と、点P53とは、ボイド体積の変化速度と、架橋密度との関係を示している。この場合、点P51と、点P52と、点P53の順に架橋密度は大きくなる。

0081

本実施例では、物理量の変化速度に基づいて破断伸びを予測することができる。これは、物理量の変化速度と、破断伸びとは反比例するためである。図11を参照すると、架橋密度が大きくなるほど物理量の変化速度は大きくなっている。そのため、架橋密度が大きくなるほど、破断伸びが減少していることを予測することができる。

0082

なお、第3実施例では、架橋密度の異なる解析モデルを比較する場合について説明したが、これは例示であり、本発明を限定するものではない。解析用モデルの違いとしては、架橋分布、架橋結合、フィラーの有無、フィラーのモルフォロジー、フィラーの体積分率
フィラー径などが挙げられる。また、解析用モデルの違いとしては、フィラーとポリマーとの間の相互作用、ポリマー種(伸張、ねじり、2面角エネルギーなど)、ポリマー構造(長さなど)、ブレンドポリマーなどが挙げられる。ここで挙げた、比較する解析用モデルは、例示であり、本発明を限定するものではない。本発明は、その他の異なる解析用モデルを比較してもよい。

0083

次に、本実施形態に係る複合材料の解析方法、複合材料の解析用モデルの作成用コンピュータプログラム、複合材料の解析方法及び複合材料の解析用コンピュータプログラムについてより詳細に説明する。図12は、本実施形態に係る複合材料の解析方法及び複合材料の解析方法を実行する解析装置の機能ブロック図である。

0084

図12に示すように、本実施形態に係る複合材料の解析方法は、処理部52と記憶部54とを含むコンピュータである解析装置50が実現する。この解析装置50は、入力手段53を備えた入出力装置51と電気的に接続されている。入力手段53は、複合材料の解析用モデルの作成対象であるポリマー及びフィラーの各種物性値、ポリマー及びフィラーを含有する複合材料を用いた伸張試験結果の実測結果、及び解析における境界条件などを処理部52又は記憶部54へ入力する。入力手段53としては、例えば、キーボードマウスなどの入力デバイスが用いられる。

0085

処理部52は、例えば、中央演算装置(CPU:Central Processing Unit)及びメモリを含む。処理部52は、各種処理を実行する際にコンピュータプログラムを記憶部54から読み込んでメモリに展開する。メモリに展開されたコンピュータプログラムは、各種処理を実行する。例えば、処理部52は、記憶部54から予め記憶された各種処理に係るデータを必要に応じて適宜メモリ上の自身に割り当てられた領域に展開する。そして、処理部52は、展開したデータに基づいて複合材料の解析用モデルの作成及び複合材料の解析用モデルを用いた複合材料の解析に関する各種処理を実行する。

0086

処理部52は、モデル作成部52aと、条件設定部52bと、解析部52cとを含む。モデル作成部52aは、予め記憶部54に記憶されたデータに基づき、分子動力学法により複合材料の解析用モデル1を作成する際のフィラー及びポリマーなどの複合材料の粒子数分子数分子量、分子鎖長分子鎖数、分岐、形状、大きさ、反応時間、反応条件及び作成する解析用モデルに含まれる分子数である目標分子数などの構成要素の配置、設定及び計算ステップ数などの粗視化モデルの設定を行う。また、モデル作成部52aは、フィラー粒子11a間、ポリマー粒子21a間及びフィラー・ポリマー粒子の水素結合、分子間力などの相互作用などの各種計算パラメーターの初期条件の設定を行う。また、モデル作成部52aは、必要に応じてポリマーモデル21の架橋による架橋結合の作成などの架橋解析などを作成してもよい。

0087

フィラー粒子11a間の相互作用及びポリマー粒子21a間の相互作用を調整する計算パラメーターとしては、下記式(2)で表されるレナード・ジョーンズポテンシャルのσ、εを用い、これらが調整される。ポテンシャルを計算する上限距離(カットオフ距離)を大きくすることで、遠距離まで働いた引力、斥力を調整できる。なお、フィラー粒子11a間の相互作用及びポリマー粒子21a間の相互作用が一定値になるまで順次、フィラー粒子11a間の相互作用及びポリマー粒子21a間の相互作用のパラメーターを小さくすることが好ましい。レナード・ジョーンズポテンシャルのσ、εを大きな値から徐々に本来の値に近づけることにより、分子を不自然な状態に導かない穏やかな速度で粒子の接近を行うことができる。また、カットオフ距離も徐々に小さくすることにより、適正な範囲で引力、斥力を調整できる。

0088

0089

条件設定部52bは、変温解析及び変圧解析などの数値解析、伸張解析、せん断解析などの変形解析及び緩和解析などの運動解析などの各種数値解析条件を設定する。

0090

解析部52cは、条件設定部52bによって設定された解析条件に基づいて解析用モデル1の各種数値解析を実行する。また、解析部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1を用いて分子動力学法による数値解析を実行して物理量を取得する。ここでは、解析部52cは、数値解析として、伸張解析、せん断解析などの変形解析及び緩和解析などの運動解析などを実行する。また、解析部52cは、数値解析の結果得られた変位などの値又は得られた値に所定の演算処理を実行した歪みなどの物理量を取得する。

0091

また、解析部52cは、数値解析による運動解析の結果得られる運動変位及び公称応力又は運動変位を演算して得られる公称歪みなどの各種物理量を取得する。このような数値解析及び運動解析により、解析時間毎に変化する解析用モデル全体のポリマー分子結合長及びポリマー粒子速度、架橋点間と自由末端の速度又は結合長、配向などの物理量などのセグメント状態変化を表す数値と歪みとの関係などを評価できる。また、解析時間毎に変化するポリマー分子の結合長及びポリマー粒子速度などのセグメントの状態変化を表す数値と圧力又は解析時間との関係などを評価できる。さらに、解析時間毎に変化するポリマー分子の結合長及びポリマー粒子速度などのセグメントの状態変化を表す数値と温度又は解析時間との関係などを評価できる。これにより、ポリマー分子の局所的な分子状態変化のより詳細な解析が可能となる。

0092

また、解析部52cは、数値解析によって得られたポリマーモデル21の破断座標を特定し、特定した破断座標を評価する。ここでは、解析部52cは、破断した粒子間結合を可視化して評価してもよく、破断座標を可視化して評価してもよい。さらに、解析部52cは、複数のフィラーモデル11の周囲に発生した破断座標を集約して評価してもよく、複数のフィラーモデル11の周囲に発生した破断座標を1つの代表フィラーモデルに集約して評価してもよい。また、解析部52cは、複数の解析用モデル1を用いて別途解析した解析結果を集約して評価してもよい。解析部52cは、解析した複合材料の解析結果を記憶部54に格納する。

0093

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。

0094

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などが格納されている。また、記憶部54には、予め設定した物理量履歴である応力歪み曲線及び本実施の形態に係る複合材料の解析方法、複合材料の解析方法を実現するためのコンピュータプログラムなどが格納されている。このコンピュータプログラムは、コンピュータ又はコンピュータシステムに既に記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、本実施の形態に係る複合材料の解析方法を実現できるものであってもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、OS(Operating System)及び周辺機器などのハードウェアを含むものとする。

0095

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。

0096

図13を用いて、本実施形態の実施例に係る複合材料の解析方法について説明する。図13は、本実施形態の実施例に係る複合材料の解析方法の一例を示すフローチャートである。なお、以下では、各ステップは、図12に図示の解析装置50が実行するものとして説明する。

0097

まず、解析装置50は、数値解析を実行するための解析用モデルを作成する(ステップST21)。そして、解析装置50は、ステップST32に進む。

0098

次に、解析装置50は、解析用モデルに含まれるポリマーモデルの架橋を作成する(ステップST22)。そして、解析装置50は、ステップST23に進む。

0099

次に、解析装置50は、解析用モデルに含まれるフィラーと、ポリマーとの間に相互作用を設定する(ステップST23)。そして、解析装置50は、ステップST24に進む。

0100

次に、解析装置50は、解析用モデルに含まれる切断を考慮する材料(結合鎖)や、結合種選定する(ステップST24)。そして、解析装置50は、ステップST25に進む。

0101

次に、解析装置50は、ステップST24で選定した材料や結合種の切断条件を設定する(ステップST25)。そして、解析装置50は、ステップST26に進む。

0102

次に、解析装置50は、ステップST21〜ステップST25で設定した条件に従って数値解析を実施する(ステップST26)。そして、解析装置50は、ステップS27に進む。

0103

次に、解析装置50は、ステップST26で実行した数値解析の結果に基づいて、解析用モデルの内部変化の履歴を取得する(ステップST27)。そして、解析装置50は、ステップST28に進む。

0104

次に、解析装置50は、ステップST27で取得した履歴に基づいて、解析用モデルの破断点を算出する(ステップST28)。そして、解析装置50は、図13の処理を終了する。

0105

解析装置50は、例えば、図13に図示の処理を実行することで、対象となる複合材料の破断を予測することができる。

0106

1解析用モデル
11,11A,11B,11C,11Dフィラーモデル
11aフィラー粒子
21,21A,21B,21Cポリマーモデル
21aポリマー粒子
21b結合鎖
21bx破断結合鎖
50解析装置
51入出力装置
52 処理部
52aモデル作成部
52b条件設定部
52c解析部
53入力手段
54 記憶部
55 表示手段
A モデル作成領域
X1,X2,X3 破断座標

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