2022 Fiscal Year Annual Research Report
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
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19K04077
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
松崎 亮介 東京理科大学, 理工学部機械工学科, 教授 (20452013)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 複合材料 / 分子シミュレーション / データ同化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究での目的は，複合材料の分子シミュレーションと現実系との乖離を解明し，低減を目指すことである．具体的には、(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およびその影響を定量的に明らかにすること，(2) 分子シミュレーション（MD: Molecular Dynamics）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て融合させることで，実験との乖離が少ないパラメータ同定法を構築することである．
これまでに，炭素繊維表面と熱硬化性樹脂の界面を対象とした分子シミュレーションモデルの構築を行なった．また，近年利用が拡大している熱可塑性樹脂を対象材料として，樹脂の固化挙動に関する実験（現実系）と分子シミュレーションの両面から検証を行い，乖離について調査した．
最終年度には，熱硬化性樹脂の硬化反応シミュレーションと実際のギャップを埋めることを目指し，データ同化手法の一つである粒子フィルター（PF: Particle Filter）の適用を検討した．データ同化の検証において，MDシミュレーションで状態データを作成し，実際の示差走査熱量計（DSC: Differential Scanning Calorimetry）のデータを観測データとして使用した．まず，MDパラメータがエポキシ樹脂の硬化反応に与える影響を調査した．これにより，MDで用いる反応率や反応距離が硬化反応に影響し，データ同化により適切にモデルパラメータを選択することで，実験に近いデータが生成できる可能性を示した．実際に，PFの初期検討の結果，同化データはMDよりも実験値（DSCデータ）に近づいた．一方で，まだ乖離が残ることが明らかになった．実験で用いた樹脂のモデルがシミュレーションで完全に再現できていないことなど，今後解決すべき課題を明らかにした．
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