| 研究課題/領域番号 |
20K03875
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
村島 隆浩 東北大学, 理学研究科, 助教 (50565520)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 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 / 流体シミュレーション / 高分子シミュレーション / 任意変形勾配の手法開発 / 変形応答 / 高分子 / 分子動力学法 / 連続体計算 / 非平衡 / 伸長流動 / 流体力学計算 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
微視的な分子スケールのダイナミクスから巨視的スケールの材料の変形や流動を予測することが可能な、新しいマルチスケールシミュレーションの開発、及びその実証研究を行う。
具体的には、マクロスケールを記述する流体（連続体）シミュレーションの各要素に、分子動力学シミュレータを配置し、各要素における変形に対する応答（応力）の計算を分子動力学シミュレーションにより行う。一般の変形下における非平衡分子動力学シミュレーションの開発・検証が必要であり、本研究課題において進めていく。
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| 研究成果の概要 |
本研究は、分子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。その達成のために、任意変形を分子動力学シミュレーションで行う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。実施期間中の成果として、大変形の伸長流動シミュレーションがあげる。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。これらの成果は論文出版された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
微視的な分子スケール(nm)から巨視的なスケール(m)までをシームレスにつなぐマルチスケールシミュレーションが真に実現できれば、新規材料開発・性能予測、材料の疲労破壊の原因究明・寿命予測、などを加速させると期待される。本研究成果によって、分子動力学シミュレーションと連続体シミュレーションを直接接続するマルチスケールシミュレーションの基盤技術の開発に成功した。また、任意変形を扱う際の基盤となる知見を深めるために行った大伸長変形のシミュレーションの実施により、環状高分子と線状高分子の混合系において未知の現象を発見した。この発見は環状高分子を利用した機能性材料開発に貢献する知見となる。
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