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[解析事例] ジブロック共重合体の相分離構造の材料物性解析

事例カテゴリ
  • 材料設計
使用モジュール
  • J-OCTA [COGNAC、VSOP]、Digimat-FE/Modeler、Digimat-FE/Solver

分子動力学で求めた構造をDigimat-FEにインポート

 

目的と手法

複数のポリマーが結合したブロック共重合体は、そのブロック比によってさまざまな相分離構造をとることが知られています。本事例ではその相分離構造の違いが力学特性、熱伝導率特性に及ぼす影響をDigimat-FEにより有限要素法解析を行い評価しました。

まず、J-OCTAによりポリマーA、Bから成るブロック比の異なる3種類のポリマー（A10B10、A6B14、A3B17）を作成し、相分離構造を得ました。J-OCTAで得られた相分離構造はSTL形式で出力が可能です。 次に、J-OCTAから出力したSTLモデルをDigimat-FEにインポートし、力学解析および熱伝導解析を行い材料物性を求めました。

J-OCTA相分離構造の取得

J-OCTA
相分離構造の取得

J-OCTA→DigimatSTL出力

J-OCTA→Digimat
STL出力

Digimat-FEメッシュ作成

Digimat-FE
メッシュ作成

Digimat-FE力学解析、伝導解析

Digimat-FE
力学解析、伝導解析

図1　J-OCTA→Digimat-FEによるミクロ構造解析の流れ

表1　材料パラメータ（一部）

  Mechanical Thermal
Blue colored phase: Polymer ・Elastplastic
・Density = 9e-10 ton/mm3
・Young modulus= 1450 MPa
・Poisson ratio = 0.35 		・Fourier
・Density = 900 kg/m3
・Thermal conductivity = 0.1 W/m・K
Red colored phase: Elastomer ・Elastic
・Density = 8.9e-10 ton/mm3
・Young modulus= 10 MPa
・Poisson ratio = 0.4 		・Fourier
・Density = 890 kg/m3
・Thermal conductivity = 0.4 W/m・K

解析結果

図2にJ-OCTAで得られたジブロック共重合体の相分離構造を示します。
これらの構造を用いて、Digimat-FEに内包されたソルバFE/SolverおよびFFT Solver*を使用して計算した結果を図3、4に示します。
A10B10、A6B14ではその相分離構造により引張解析でも熱伝導解析でも異方性があることを確認できます。一方で、A3B17ではA相はB相内に均一に分散しているため異方性はほとんど見られませんでした。

* FFT SolverはV2019.1から追加された高速演算可能なソルバです。

図2　J-OCTAで得られた相分離構造結果

A10B10

A6B14

A3B17

図2　J-OCTAで得られた相分離構造結果

図3　Digimat-FE/SolverおよびFFT Solverによる引張解析結果図3　Digimat-FE/SolverおよびFFT Solverによる引張解析結果
図3　Digimat-FE/SolverおよびFFT Solverによる引張解析結果 図3　Digimat-FE/SolverおよびFFT Solverによる引張解析結果

図4　Digimat-FE/Solverによる熱伝導解析結果 図4　Digimat-FE/Solverによる熱伝導解析結果

動画では本ページでご紹介した相分離構造に加え、J-OCTAで得られたフィラー分散構造を用いた解析も実施しています。

図5　J-OCTAで得られたフィラー分散構造結果の例 図5　J-OCTAで得られたフィラー分散構造結果の例

Finite element analysis of mesoscale structures obtained by molecular simulation

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