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[解析事例] カーボンナノチューブの分散構造と非線形構造解析

DPD・平均場
連続体モデル
マルチスケール解析
力学・粘性・粘弾性
界面・相分離・粒子分散性
マテリアルサイエンス

ナノフィラー分散構造と物性への影響

目的と手法

ブロック共重合体が形成するミクロ相分離中のカーボンナノチューブ(CNT)の分散構造のシミュレーションを実施しました。文献(1)を参考に、Cognacに含まれるDPDを用いた計算を実施しました(図1)。CNTは青色の成分を好み、かつ水色の成分を嫌うように設定されており、アングルポテンシャルにより剛直性が付与されています。

Polymer phase separation using DPD(left) and CNTs in the same system(right) 図1. Polymer phase separation using DPD(left)
and CNTs in the same system(right)

解析結果

DPD計算を実施し(図1と同じ条件での2D計算を実施)、CNTの分散構造をメッシュデータに変換しました(図2)。
その際、CNTとポリマーの界面には薄い要素を設定し、FEM計算で界面用のパラメータを設定できるようにしてあります。作成したメッシュに対して、LS-DYNAを用いた一軸伸長の非線形構造解析を実施しました(図3)。
界面部分で剥離が発生した後、ポリマー領域に伝搬し、系全体での応力−ひずみ特性に影響を及ぼしている様子を捉えています。

2D mesh data created from DPD results 図2. 2D mesh data created from DPD results
(Red region=CNTs, Blue region=polymer)

Stress distribution under elongation simulation using LS-DYNA 図3. Stress distribution under elongation simulation using LS-DYNA

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