さまざまな粒度分布の粒子分散モデルの作成

複合材料・Multiscale.Sim・モデル作成・粒子・充填・粒度分布

2021年7月

複合材料のうち、コンクリートのような粒子が分散した材料の解析では粒度分布や粒子の配置のランダム性を再現したモデルの作成が課題となります。特に近年では、自動車向けのバッテリーに用いられる電極のように、高充填な材料を対象とするケースが増加しており、モデル作成がより困難となっています。Multiscale.Simでは、さまざまな粒度分布の粒子をランダムに充填するモデル作成機能が備えられており、より高充填なモデルを作成するためのアルゴリズムも実装しています。そのため、上述の課題をクリアしたモデルを短時間で作成することが期待できます。
本稿では、Multiscale.Simのモデル作成機能を用いて、特徴的な粒度分布の球形材料の充填モデルの作成事例をご紹介します。

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粒子分散モデルの作成

モデル作成にはMultiscale.Simのモデル作成テンプレートである粒子分散モデルを使用します。Multiscale.Simのモデル作成テンプレートは、少ない入力項目で簡単にモデルが作成できることが特徴のひとつです。たとえば、今回用いる粒子分散モデルのテンプレートでは、基本的にユニットセルサイズ、粒子含有率、粒度分布の統計情報の3項目を入力するだけでモデルが作成できます。

粒度分布の再現と充填率の比較

均質化手法を用いたマルチスケール解析ソフトであるMultiscale.Simの粒子分散モデル作成機能を用いて、①一様粒子（粒子径に分布がない場合）、②ガウス分布、③任意分布（ガウス分布では表現できない分布）の3ケースのモデル作成を実施し、粒度分布の再現とそれぞれの充填率の違いを評価します。モデルを作成した際に、そのモデルが入力情報である粒度分布に近い分布となっているかを確認することが重要です。入力と出力（実際に作成したモデルから算出）の粒度分布を比較します。また、粒度分布の違いによる粒子の充填率を比較します。

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