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J-OCTAの機能

ミクロな分子特性からマクロな材料特性までカバー

J-OCTAでは、次のようなシミュレーションを行うことができます。
・分子動力学シミュレーション(エンジン名:COGNAC、VSOP)
・界面、相分離シミュレーション(エンジン名:SUSHI、COGNAC-DPD)
・レオロジーシミュレーション(エンジン名:PASTA、NAPLES)
・多相構造シミュレーション(エンジン名:MUFFIN)
・第一原理計算(エンジン名:SIESTA)
ここでは、各エンジンの機能ではなく、エンジンを使うためにJ-OCTAが提供しているモデリングツールの機能を主にご紹介します。
その他、外部ソフトウェアとのインターフェイス、高分子物性を簡易推算する定量的構造物性相関機能(QSPR)や、ズーミングやリバースマッピングなどのスケール間連携機能などをご提供しています。

分子動力学シミュレーション(COGNAC 、VSOP)

材料の静的・動的特性を原子・分子のレベルから評価・予測します。

  • 全原子モデリング(1)
    全原子モデリング(1)
    画面上に化学式を描くことにより、簡単に3次元分子構造を作成することが出来ます。モノマーのモデリング後にそれらを結合させてポリマーを作成します。ブロック共重合体やランダム共重合体の構築、タクティシティ制御なども行えます。PDBやCIF形式のモデルをインポートして利用することもできます。反応点(原子)を指定して、分子動力学計算中の化学反応、架橋構造の作成なども可能です。 「反応モデリング機能」もご参照ください。
  • 全原子モデリング(2)
    全原子モデリング(2)
    力場(Force Field)パラメータとして、
    ・AMBER
    ・GAFF
    ・DREIDING
    ・OPLS-AA
    ・L-OPLS
    ・UFF
    ・CLAY
    が使用できます。文献からの入力も可能です。また、Direct Force Field(Team Force Field)から力場情報の取得も可能です。 Direct Force Fieldについて
  • 全原子モデリング(3)
    全原子モデリング(3)
    Gaussian、Firefly/PC-GAMESS、ABINIT-MPなどの量子化学計算をダイレクトに実行して点電荷を取得することが可能です。
  • 力場調整機能
    力場調整機能
    DFTやMOなどの量子計算で得た構造とポテンシャルエネルギーを元に、それに合うように分子内の結合ポテンシャルや無機/有機界面のLJポテンシャルのパラメータを調整します。パラメタ―を自動で割り振ることや、得られたポテンシャルカーブと量子計算の結果を比較しながらの調整が可能になります。
  • 粗視化モデリング
    粗視化モデリング
    原子の集合体を一つのユニット(粒子)として扱うモデルです。粗視化モデルを用いることで、より大規模かつ長時間の現象が計算可能となります。全原子モデルに基づいた粗視化ポテンシャル推算機能を有しています。 事例:粗視化ポテンシャルの評価
  • システムモデリング
    システムモデリング
    全原子モデルや粗視化モデルで作成した分子を計算領域内に配置しシステム(系)を構築します。全原子モデルとしては、アモルファス構造の作成、無機材料の結晶構造の作成、そして、これらのシステムをマージした、有機-無機界面構造の構築などが可能です。粗視化モデルとしては、Kremer-GrestやDPDでのフィラー作成、および、ポリマー内へのフィラー挿入などが可能です。
  • 反応モデリング機能
    反応モデリング機能
    2つの分子内の原子を反応点として指定し、MDを用いた化学反応計算のパラメータや、反応後の構造、力場パラメータ、電荷などの設定を行うことができます。※MDで反応計算を行うにはVSOPが必要です。 事例: 熱硬化性樹脂(エポキシ)の架橋構造と物性の関係の評価 事例: 架橋フェノール樹脂の物性評価
  • 外部エンジン
    外部エンジン
    LAMMPS および GROMACS とのコンバータ機能を有しており、J-OCTA上でこれらの分子動力学法エンジンをダイレクトに実行できます。 LAMMPS Webサイト
  • 並列化分子動力学エンジンVSOP
    並列化分子動力学エンジンVSOP
    VSOP(並列化分子動力学エンジン)を用いることで、計算速度が飛躍的に向上し、これまで解くことのできなかった大規模計算が可能になります。
  • 解析機能
    解析機能
    OCTAエンジン付属の解析機能に加え、自由体積の解析、プリミティブパスの解析、特定領域への球モデル充填などが可能です。また、FEM連携用に密度分布をエクスポート(テトラメッシュ、Voxelメッシュ、STL等)することもできます。

※VSOPはJSOLと独立行政法人日本原子力研究開発機構(JAEA)が共同開発した高速並列分子動力学エンジンです。

界面、相分離シミュレーション(SUSHI 、COGNAC-DPD)

平均場法(SUSHI )、散逸粒子動力学法(COGNAC-DPD )を用いて、様々な構造の分子やブロック共重合体などを含む材料について、相分離構造や界面形状などを予測します。

  • 相互作用パラメータ推算
    相互作用パラメータ推算
    相互作用パラメータ(χパラメータ)推算機能を有しています。 (1)原子団寄与法やQSPR、あるいは分子動力学法を用いてSP値(溶解度パラメータ)を評価して、χパラメータを求める機能。(2)粗視化セグメント間の接触エネルギーと配位数からχパラメータを求める機能。(3)実験で得られる相図をもとにχパラメータを逆算する機能。 事例:相図からのχパラメータ推算
  • 相分離構造のメッシュ変換
    相分離構造のメッシュ変換
    相分離構造を有限要素法メッシュに変換する機能 を有しています。界面に沿ったメッシュ分割機能と、規則的なメッシュへの体積分率分布のエクスポート機能があります(後者はMUFFINのご紹介部分もご参照ください)。
  • 多相流体シミュレーション
    KRI-NIWA法
    KRI-NIWA法は株式会社KRIにより開発された新しい原子団寄与法で、従来の原子団寄与法と比較し、高精度なSP値の予測が可能です。これを用いてχパラメータの推算をできます。
  • 初期濃度分布作成
    初期濃度分布作成
    複数の幾何形状(直方体、球、円柱)を組み合わせて、濃度分布やオブスタクル領域を作成することができます。

レオロジーシミュレーション(VSOP-DPD、PASTA、NAPLES)

スリップリンクモデル(PASTA )、プリミティブチェーンネットワークモデル(NAPLES )を用いて、溶融高分子、高分子溶液のレオロジー特性を、分子量分布や分岐構造などの影響を考慮しながら予測します。

  • 絡み合い高分子のモデリング
    絡み合い高分子のモデリング
    絡み合い点間分子量を主なパラメータとして、高分子の分岐構造や架橋、分子量分布などを考慮したモデリングが可能です。流れ場として、せん断や伸長流れなどを設定できます。
  • DPDによる絡み合い高分子の計算機能
    DPDによる絡み合い高分子の計算機能
    VSOPに含まれるDPD計算機能では、Slip springを用いた高分子鎖の絡み合い効果を考慮できます。これにより粘弾性などの物性評価が行えます。

多相構造シミュレーション(MUFFIN)

平均場法などで得られた相分離構造をインポートして弾性体の有限要素法(FEM)シミュレーションなどが可能です。

  • 相分離構造のインポート
    相分離構造のインポート
    平均場法やDPDなどで求められた相分離構造(体積分率分布)を、均一な有限要素法メッシュ上に弾性率分布としてインポートできます。MUFFINを用いた弾性解析を行い、界面上の応力やエネルギーの分布、平均弾性率などを評価できます。
  • メッシュ生成機能
    メッシュ生成機能
    矩形領域内にシンプルな球を複数配置して、界面に沿った有限要素法メッシュを作成できます。仮想的な相分離構造、複合材料のシミュレーションに利用できます。
  • 多相流体シミュレーション
    多相流体シミュレーション
    複数の高分子成分や電解質を有するミクロな流体のシミュレーションのためのモデリング機能。 相分離を伴う薄膜形成(溶媒蒸発)などの計算に適用できます。
  • 外部エンジン
    外部エンジン
    LS-DYNA 連携機能:SUSHI(SCF)やDPDまたは、CGMDの相分離構造をボクセルメッシュで出力し、材料・計算条件を付与した上で、LS-DYNAをダイレクトに実行し、構造解析(一軸伸長、二軸伸長、せん断変形)、熱伝導解析が行えます。材料には、弾性体、弾塑性体、超弾性体、そして粘弾性が設定できます。 LS-DYNAの詳細はこちら
  • 複合材料の代表体積要素作成機能
    複合材料の代表体積要素作成機能
    COGNACを用いることで、粒子や繊維、円盤形状のフィラーを矩形領域に高充填(50 vol%以上)した構造(代表体積要素)を作成できます。得られた構造はDigimat-FEに直接渡したり、STLファイルやボクセルメッシュとして出力できます。複合材料の有限要素法計算にご利用ください。 Digimat-FEの詳細はこちら

第一原理計算(SIESTA)

第一原理計算は物質の性質を電子レベルから計算する手法です。その中でも密度汎関数(DFT)法は最もよく用いられている手法であり、現在の計算機においては、数百から数千原子規模の材料の物性を、高精度に計算できます。

第一原理電子状態計算ソフトウェア SIESTA

  • SIESTA界面エネルギーツール
    SIESTA界面エネルギーツール
    第一原理計算ソフトウェアSIESTAを用いて、表面と分子の相互作用を計算できます。表面吸着エネルギーなどの評価に適用可能です。 さらに、得られたエネルギーをもとに、分子動力学法に用いるパラメーターの推算も可能です。 事例: 金属表面と分子の相互作用

スケール間連携機能

高分子の分子構造を決定するため、より大きなスケールの計算結果を利用します。これにより、一般的な分子動力学法のみでは困難な十分に緩和された分子構造を生成することができ、マルチスケール的なアプローチが可能となります。

  • ズーミング機能
    ズーミング機能
    平均場法(SUSHI)によって得られた各成分の体積分率分布(相分離構造)を用いて、分子動力学の構造を作成することが出来ます。 特に界面付近の分子構造を作成することが可能になります。
  • リバースマッピング機能
    リバースマッピング機能
    粗視化分子動力学によって得られた分子構造を用いて、全原子分子動力学の構造を作成することが出来ます。
    全原子モデルの初期構造作成、粗視化モデルの結果解析(実験との比較)などにご利用いただけます。

定量的構造物性相関(QSPR)

分子構造を入力するだけで、高分子のさまざまな物理物性を推算します。密度、熱膨張係数、ガラス転移点温度、ポアソン比、誘電率をはじめ、多数の物性を短時間に一覧表示で出力します。有機高分子の分子設計を行う際に有用なツールとなります。

推算可能な物性一覧

  • ・van der Waals体積
  • ・モル体積
  • ・密度
  • ・体積熱膨張係数、線熱膨張係数
  • ・定圧熱容量
  • ・ガラス転移点前後での熱容量の変化量
  • ・凝集エネルギー、溶解度パラメータ、χパラメータ
  • ・ガラス転移温度
  • ・表面張力、界面張力
  • ・屈折率、モル屈折率、比誘電率
  • ・Lorentz and Lorenzの分子分極、有効双極子モーメント
  • ・誘電正接
  • ・反磁性磁化率
  • ・ポアソン比、体積弾性率、ずり弾性率、ヤング率
  • ・絡み合い点間分子量
  • ・脆性破壊応力、降伏応力
  • ・特性比
  • ・ゼロずり粘度
  • ・熱伝導率、熱拡散率
  • ・透過性(酸素、窒素、二酸化炭素)
  • ・Temperature of Half-decomposition
  • ・Molar Thermal Decomposition Function

プラットフォーム機能

  • エンジン実行機能
    エンジン実行機能
    OCTAエンジンや外部エンジンを、ローカル(Windows)やリモート(Linux)で実行できます。ジョブ管理システムへのジョブ投入にも対応しています。また、任意の計算条件に対するパラメトリック計算も可能です。
  • 3次元描画機能
    3次元描画機能
    モデル編集用の小規模な分子描画に加え、大規模モデルの描画にも対応しています。数100万〜数1000万粒子の描画が可能です。
  • シナリオ機能
    シナリオ機能
    一連の解析手順をまとめたフローチャートを作成することが可能です。計算手順を記憶させておくことで、例えば異なる物質に対して同じ解析を効率的に実施できるようになります。チーム内で手順を共有するのにも役立ちます。

動作環境

J-OCTA

OS
  • Windows 7(32bit、64bit)
  • Windows 8.1 (64bit)
  • Windows 10 (64bit)
CPU マルチコアCPU推奨
メモリ 4GB以上推奨(最低2GB)
ハードディスク
  • 80GB以上の空き容量を推奨(最低2GB)
ディスプレイ解像度 1024 X 768以上推奨
グラフィックカード OpenGLに対応したグラフィックカード(nVidia製、ATI製を推奨)
画面色数 65536色以上推奨
  • J-OCTA Student Edition では、以下のOSはサポートしておりません。
    • ・Windows 7(32bit)

解析エンジン

OS
  • Windows/Linux
  • Linux推奨バージョン
    ・Red Hat Enterprise Linux 6 (x86-64)
    ・Red Hat Enterprise Linux 7 (x86-64)
    ・CentOS 6 (X86-64)
    ・CentOS 7 (X86-64)
CPU マルチコアCPU推奨
メモリ 2GB以上推奨
ハードディスク
  • 80GB以上の空き容量を推奨

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  • ※記載されている製品およびサービスの名称は、それぞれの所有者の商標または登録商標です。
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お問い合わせ

電話でのお問い合わせ:03-5859-6020 平日9:00〜17:30

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以下のアドレス宛にメールでお問い合わせください

cae-info@sci.jsol.co.jp

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