高分子材料的模拟方法技术

高精度地表现高分子材料发生较大形变时的行为。解决方法是本发明专利技术的高分子材料的模拟方法，其包括：获取高分子材料(2)的电子束透射图像的拍摄工序S1、构建高分子材料的三维图像(21)的工序S2、设定高分子材料模型(26)的模型设定工序S3、根据高分子材料模型(26)进行形变模拟的工序S4。模型设定工序S3包括：根据高分子材料的三维图像(21)构建识别出填充剂部分(27)和高分子材料部分(28)的高分子材料三维结构的工序S31、将填充剂模型(35)配置于填充剂部分(27)的工序S33、将粗粒化模型(36)配置于高分子材料部分(28)的工序S34，以及使用填充剂模型(35)和粗粒化模型(36)，根据分子动力学计算，计算结构弛豫的工序S37。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高分子材料的模拟方法
本专利技术涉及计算含有填充剂的高分子材料形变的模拟方法。
技术介绍
轮胎橡胶等高分子材料中，基于补强性的观点，会添加碳黑、二氧化硅等填充剂。高分子材料中的填充剂的分散性会极大影响橡胶强度等是已经明确的，但其详细情况尚不清楚。因此，正确观察高分子材料中的填充剂的分散状态、使用基于其分散状态的模型进行模拟是很重要的。下述专利文献1中，根据电子束透射图像构建的高分子材料的三维结构而设定高分子材料模型。因此，下述专利文献1中，可以根据填充剂的分散状态，设定高分子材料模型。专利文献专利文献1:日本专利特开2013-57638号公报
技术实现思路
上述专利文献1中，根据有限元分析法，设定高分子材料模型。该高分子材料模型包括：填充剂经过有限元分割的填充剂模型，以及高分子材料经过有限元分割的高分子材料模型。填充剂模型及高分子材料模型中，相邻元素相互共有同一个节点。因此，填充剂模型及高分子材料模型的形变被限定在一定的范围。因此，以往的模拟方法中，存在无法高精度表现高分子材料发生较大形变时的行为的问题。本专利技术鉴于以上的实际情况而提出，主要目的在于提供可以高精度表现高分子材料发生较大形变时的行为的高分子材料的模拟方法。本专利技术是使用计算机，计算含有填充剂的高分子材料的形变的模拟方法，其特征在于，包括：使用扫描透射电子显微镜，获取所述高分子材料的电子束透射图像的拍摄工序；所述计算机通过断层摄影术，根据所述电子束透射图像，构建高分子材料的三维图像的工序；所述计算机根据所述高分子材料的三维图像，设定高分子材料模型的模型设定工序；所述计算机根据所述高分子材料模型进行形变模拟的工序；所述模型设定工序包括：根据所述高分子材料的三维图像，构建识别出添加了所述填充剂的填充剂部分、和所述填充剂部分周围的高分子材料部分的高分子材料的三维结构的工序；使用多个填充剂粒子模型和连结相邻填充剂粒子模型的连结链模型，将所述填充剂模型化后的至少一个填充剂模型，配置在所述填充剂部分的填充剂模型配置工序；使用多个粗粒化粒子模型和连结相邻的所述粗粒化粒子模型的连结链模型，将所述高分子材料的高分子链模型化后得到的的至少一个粗粒化模型，配置在所述高分子材料部分的粗粒化模型配置工序；以及所述计算机使用所述填充剂模型和所述粗粒化模型，根据分子动力学计算，计算结构弛豫的工序。本专利技术涉及的所述高分子材料的模拟方法中，理想的是，还包括所述计算机对在所述高分子材料的三维结构内划分的、并且具有预先设定的大小的子区域的子区域进行选择的选择工序；所述填充剂模型配置工序是在所述子区域的所述填充剂部分，配置所述填充剂模型；所述粗粒化模型配置工序是在所述子区域的所述高分子材料部分，配置所述粗粒化模型。本专利技术涉及的所述高分子材料的模拟方法中，理想的是，所述子区域选择工序包括：计算所述高分子材料的三维结构中的所述填充剂部分的体积分率的工序；在所述高分子材料的三维结构内的不同位置划分的多个子区域中，计算所述各子区域中的所述填充剂部分的体积分率的工序；多个所述子区域中，选择所述子区域中的所述填充剂部分的体积分率与所述高分子材料的三维结构中的所述填充剂部分的体积分率最相近的所述子区域的选择工序。本专利技术涉及的所述高分子材料的模拟方法中，理想的是，所述填充剂模型中，所述填充剂粒子模型配置为面心立方晶格状。本专利技术涉及的所述高分子材料的模拟方法中，理想的是，所述填充剂模型的所述连结链模型根据键函数或者粒子间距约束法定义。本专利技术的高分子材料的模拟方法，包括：使用扫描透射电子显微镜获取高分子材料的电子束透射图像的拍摄工序；通过断层摄影术，根据电子束透射图像，构建高分子材料的三维结构的工序；根据高分子材料的三维结构设定高分子材料模型的模型设定工序；根据高分子材料模型进行形变模拟的工序。通过此种方法，可以根据实际的高分子材料设定正确的高分子材料模型。模型设定工序包括根据高分子材料的三维图像，构建识别出添加了填充剂的填充剂部分、和填充剂部分周围的高分子材料部分的高分子材料的三维结构的工序。另外，模型设定工序包括：使用多个填充剂粒子模型和连结相邻填充剂粒子模型的连结链模型，将填充剂模型化后得到的至少一个填充剂模型，配置在填充剂部分的工序；使用多个粗粒化粒子模型和连结相邻粗粒化粒子模型的连结链模型，将高分子材料的高分子链模型化后得到的至少一个粗粒化模型，配置在高分子材料部分的工序；以及计算机使用填充剂模型和粗粒化模型，根据分子动力学计算，计算结构弛豫的工序。此种高分子材料模型中，与相邻元素共有同一个节点的有限元分析法不同，是根据分子动力学法，将填充剂模型及粗粒化模型独立地模型化。因此，本专利技术的高分子材料的模拟方法中，可以高精度表现高分子材料发生较大形变时的行为。并且，模型设定工序是根据分子动力学计算实施结构弛豫的计算，因此可以计算填充剂模型及粗粒化模型的平衡状态。通过使用此种高分子材料模型，可以提高模拟精度。附图说明[图1]实行本专利技术的模拟方法的计算机的立体图。[图2]高分子材料的示意性局部放大剖视图。[图3]聚丁二烯的结构式。[图4]显示本实施方式的模拟方法的一例处理步骤的流程图。[图5]显示本实施方式的一例扫描透射电子显微镜的概略图。[图6]显示试样倾斜状态的说明图。[图7](a)、(b)是显示拍摄工序中焦点与试样的位置关系的侧面图。[图8]显示本实施方式的三维结构的立体图。[图9]显示模型设定工序的一例处理步骤的流程图。[图10]虚拟空间的示意立体图。[图11]填充剂模型的示意图。[图12]填充剂粒子模型及连结链模型的示意图。[图13]粗粒化模型的示意图。[图14]填充剂模型及粗粒化模型的放大示意图。[图15]显示本专利技术的其他实施方式的子区域选择工序的一例处理步骤的流程图。[图16]显示子区域体积分率计算工序的一例处理步骤的流程图。[图17]显示三维结构内的子区域的立体图。符号说明21三维结构26高分子材料模型27填充剂部分28高分子材料部分35填充剂模型36粗粒化模型具体实施方式以下根据附图说明本专利技术的一个实施方式。本实施方式的高分子材料的模拟方法(以下有时单称为“模拟方法”)中，使用计算机，计算含有填充剂的高分子材料的形变。图1是用于实行本专利技术的模拟方法的计算机的立体图。计算机1包括主机1a、键盘1b、鼠标1c及显示器1d。该主机1a中装载有例如，运算处理装置(CPU)、ROM、工作内存、磁盘等存储装置及磁盘驱动装置1a1、1a2。此外，存储装置中，预先存储有用于实行本实施方式的模拟方法的软件等。图2是本实施方式的高分子材料的示意性局部放大剖视图。图3是聚丁二烯的结构式。作为高分子材料2，包含例如，橡胶、树脂或弹性体等。作为本实施方式的高分子材料2，可例示有，cis-1,4聚丁二烯(以下有时单称为“聚丁二烯”)。构成该聚丁二烯的高分子链，由亚甲基(-CH2-)与次甲基(-CH-)构成的单体{-[CH2-CH＝CH-CH2]-}以聚合度n连结而构成。另外，高分子材料也可以使用聚丁二烯以外的高分子材料。此外，作为高分子材料2含有的填充剂3，包括例如，碳黑、二氧化硅或氧化铝等。图4是显示本实施方式的模拟方法的一例处理步骤的流程图。本实施方式的模拟方法中，首先，使用扫描透射电子显微镜，获取高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分子材料的模拟方法，是使用计算机，计算含有填充剂的高分子材料形变的模拟方法，其特征在于，包括：使用扫描透射电子显微镜，获取所述高分子材料的电子束透射图像的拍摄工序，所述计算机通过断层摄影术，根据所述电子束透射图像构建高分子材料的三维图像的工序，所述计算机根据所述高分子材料的三维图像，设定高分子材料模型的模型设定工序，所述计算机根据所述高分子材料模型进行形变模拟的工序；所述模型设定工序包括：根据所述高分子材料的三维图像，构建高分子材料的三维结构的工序，在该高分子材料的三维结构中，能识别出添加了所述填充剂的填充剂部分和所述填充剂部分周围的高分子材料部分，使用多个填充剂粒子模型和连结相邻填充剂粒子模型的连结链模型，将所述填充剂模型化后得到的至少一个填充剂模型，配置在所述填充剂部分的填充剂模型配置工序，使用多个粗粒化粒子模型和连结相邻的所述粗粒化粒子模型的连结链模型，将所述高分子材料的高分子链模型化后得到的至少一个粗粒化模型，配置在所述高分子材料部分的粗粒化模型配置工序，以及所述计算机使用所述填充剂模型和所述粗粒化模型，根据分子动力学计算，计算结构弛豫的工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.14 JP 2013-2361521.一种通过使用计算机计算含有填充剂的高分子材料形变的模拟方法，其特征在于，包括：使用扫描透射电子显微镜，获取所述高分子材料的电子束透射图像的拍摄工序，所述计算机通过断层摄影术，根据所述电子束透射图像构建高分子材料的三维图像的工序，根据所述高分子材料的三维图像，构建高分子材料的三维结构的工序，在该高分子材料的三维结构中，能识别出添加了所述填充剂的填充剂部分和所述填充剂部分周围的高分子材料部分，计算所述高分子材料的三维结构中的所述填充剂部分的体积分率的工序，在所述高分子材料的三维结构内的不同位置划分出来的、并且具有预先设定大小的多个子区域中，计算所述各子区域中的所述填充剂部分的体积分率的工序，使用计算机，从多个所述子区域中，对所述子区域中的所述填充剂部分的体积分率与所述高分子材料的三维结构中的所述填充剂部分的体积分率最相近的一个子区域进行选择...

【专利技术属性】
技术研发人员：坂牧隆司，伊藤和加奈，尾藤容正，
申请(专利权)人：住友橡胶工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP