2023 Fiscal Year Annual Research Report
Multiscale simulation hybriding molecular dynamics and continuum calculations
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20K03875
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
村島 隆浩 東北大学, 理学研究科, 助教 (50565520)
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2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | マルチスケールシミュレーション / 分子動力学シミュレーション / 有限要素法 / 任意変形勾配の手法開発 / 変形応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、分子スケールのダイナミクスと巨視的スケールの材料の変形や流動を予測するための新しいマルチスケールシミュレーション手法の開発及び実証研究を行うことを目的とした。その目的を達成するために、まず任意の変形を分子動力学シミュレーションで行えるためのアルゴリズムの開発とシミュレーションコードの整備を行った。任意変形を汎用分子動力学シミュレーションで行うためには、実験系と分子シミュレーション系の２つの座標系を回転行列でつなぎ、変形を与える際は実験系の座標系で行い、分子シミュレーション内部の計算は分子シミュレーション系で行うことで、任意変形を扱えるように整備した。巨視的系を有限要素法で記述し、微視的系を分子動力学シミュレーションで行うマルチスケールシミュレーションを、ナノ結晶アルミニウムの双晶形成の問題と、ガスハイドレートペレットの構造安定性の問題に応用し、最終年度に、それぞれ論文として出版された。さらに実施期間中の大きな成果として、大変形の伸長流動シミュレーションがあげられる。環状高分子と線状高分子の混合系において、大変形の伸長流動シミュレーションを実施し、二軸伸長流動下におけるストレスオーバーシュート挙動を発見した。さらに複数の環をつなげた多環状高分子を作成し、多環状鎖と線状鎖の混合系において、トポロジカルな転移現象を発見した。これら２つの研究成果はそれぞれ論文として出版された。当初計画には想定していなかった新たな発見があり、この方面の応用展開が見込まれる。一方で、巨視的系を記述するための流体シミュレーションのコード開発が遅れ、当初計画したマルチスケールの流動シミュレーションは実施できなかった。引き続きコード開発を進め、その成果は論文として出版していく予定である。
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