データ同化を用いた複合材料の分子シミュレーションと現実系の乖離の解消

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04077
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 松崎 亮介 東京理科大学, 理工学部機械工学科, 准教授 (20452013)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 複合材料 / 分子シミュレーション / 硬化

Outline of Annual Research Achievements

本研究では複合材料の分子シミュレーションと現実系の乖離の解明とその低減を目指し，(1)高分子系複合材料の分子シミュレーションと現実系の乖離要因とその影響を，定量的に明らかにする，(2)　分子シミュレーションにおける乖離の主要因となるパラメータと実験値を，データ同化を活用し融合することで，実験との乖離の少ないパラメータ同定法を構築することを目的として設定した．
これまでに，乖離検討対象である炭素繊維表面と樹脂の界面の分子シミュレーションモデル化に関する検討を行った．特に，炭素繊維の存在が樹脂の硬化反応や引張強度に与える影響を分子レベルで評価するために，基礎的な硬化反応・引張シミュレーションを実施し，界面相により硬化反応および引張強度に影響があることが示された．
今年度は界面相の影響について分子シミュレーションの観点からさらに詳細に調べるため，引張計算前の硬化反応率分布と引張計算後の自由体積率分布を計算した結果，引張前に硬化反応率が最も低い位置と引張後に樹脂の自由体積率が最も高い位置は一致することが示された．これは，複合材の界面剥離において初期の硬化反応率分布が破壊の発生に与える影響が大きいことを示唆している．以上から，炭素繊維を模したグラファイトエポキシモデルでは他の金属等の界面モデルと比べて，エポキシ樹脂との分子間力が小さく，界面にエポキシ樹脂が引き寄せられないため硬化反応が活発に起こらず硬化反応率が低くなる部分が存在する．その部分から分子鎖の絡まりが解け易くなり容易に破壊が生じ，他の界面モデルと比べて最大応力が低くなるのではないかと推定された．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

実験と比較する上で重要になる炭素繊維表面における樹脂の硬化および界面強度の分子シミュレーション検討により，シミュレーション上での現象理解を進めており，おおむね順調に進展している．

Strategy for Future Research Activity

実験的な評価を行い，実験とシミュレーションの乖離について検討していきたい．

Causes of Carryover

今年度は学会参加旅費が発生しなかった．次年度，実験，解析のための消耗品費として使用する予定である．