材料の組織と応答のマイクロ・メゾメカニカルモデル

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材料のマクロスコピックな組織の成長とその応答は原子レベルの応答と密接に関連している.しかしながら,空間的に階層構造をなしている材料の変形応答を表現する場合,原子レベルまで遡ったモデルの構築において不可欠な時空的な極めて大きな隔たりの回避と複雑な階層構造を有するメゾスコピックな構造の存在がある.本研究では,非晶性ポリマーに対して,同じ分子構造を有するモノマーの多数の集合体を等価なモデルで置換し,モノマーとメゾ・マクロスコピックな材料の変形応答を関連つけるモデルを構築することを試み,以下の結果を得た.ポリマーを構成する高分子鎖の要素であるモノマーの構造解析と分子動力学を用いた緩和状態の解析ならびに力学的応答を検討した.その間、必要な原子間ポテンシャルの評価も行った.ついで,モノマーの集合体の応答と相互作用を詳細に検討しそれに等価なマイクロ・メゾメカニカルモデルを構築し,それを結合することによって,高分子鎖モデルを作成した.単位領域内に多くの高分子鎖を配置し,その応答を均質化法を用いて評価することによって,マクロなポリマーの力学的応答を表現した.本研究で構築したモデルを用いた,ポリマーの応答の直接シミュレーションによって,マクロな実験によって見られるポリマーの変形の特徴を良く再現できることが確認できた.しかしながら,定量的な対応に付いてはまだ問題を残している.これは,単位領域の取り方が新たなる特徴長さを導入していることによるもので,単位領域の大きさと実在するメゾスコピック構造との関連など今後検討の余地はある.しかしながら,マイクロ・メゾメカニカルモデルの構築に関する多くの知見が得られたものと考える.