JP7348127B2 - A method for analyzing the fracture stress of a honeycomb structure, a method for analyzing the Young's modulus of the plugging material of the plugged portion of the honeycomb structure, and a method for analyzing the stress on the end face of the honeycomb structure. - Google Patents

A method for analyzing the fracture stress of a honeycomb structure, a method for analyzing the Young's modulus of the plugging material of the plugged portion of the honeycomb structure, and a method for analyzing the stress on the end face of the honeycomb structure. Download PDF

Info

Publication number
JP7348127B2
JP7348127B2 JP2020061305A JP2020061305A JP7348127B2 JP 7348127 B2 JP7348127 B2 JP 7348127B2 JP 2020061305 A JP2020061305 A JP 2020061305A JP 2020061305 A JP2020061305 A JP 2020061305A JP 7348127 B2 JP7348127 B2 JP 7348127B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
honeycomb structure
young
modulus
stress
plugged
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020061305A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021162920A (en
Inventor
和洋 吉田
真帆 宮口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2020061305A priority Critical patent/JP7348127B2/en
Publication of JP2021162920A publication Critical patent/JP2021162920A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7348127B2 publication Critical patent/JP7348127B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

本発明は、ハニカム構造体の破壊応力の解析方法、ハニカム構造体の目封止部の目封止材のヤング率の解析方法及びハニカム構造体の端面の応力の解析方法に関する。 The present invention relates to a method of analyzing fracture stress of a honeycomb structure, a method of analyzing Young's modulus of a plugging material of a plugged portion of a honeycomb structure, and a method of analyzing stress of an end face of a honeycomb structure.

従来、自動車排気ガス浄化用触媒担体などの触媒担体、ディーゼルエンジン排気ガス用フィルタなどには、ハニカム構造体が用いられている。従来、ハニカム構造体の破壊メカニズムを解明してクラックの発生を予測するため、熱応力解析が行われている。特許文献1には、ハニカム構造体の最大引張応力の推定方法が記載されている。 Conventionally, honeycomb structures have been used in catalyst carriers such as catalyst carriers for automobile exhaust gas purification, diesel engine exhaust gas filters, and the like. Conventionally, thermal stress analysis has been performed to elucidate the failure mechanism of honeycomb structures and predict the occurrence of cracks. Patent Document 1 describes a method for estimating the maximum tensile stress of a honeycomb structure.

特開2019-144765号公報JP 2019-144765 Publication

ガソリン・パティキュレート・フィルター(GPF)またはディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)などに使用されるハニカム構造体は、端面に目封止部を有している。このように、端面に目封止部を有するハニカム構造体の熱応力解析を行う場合、ハニカム基材のみの物性値(強度、ヤング率)のみでは正確な解析で困難であり、当該ハニカム基材のみの物性の他に、目封止部の目封止材、及び、目封止材近傍のハニカム基材の物性に係る情報が必要となる。 Honeycomb structures used in gasoline particulate filters (GPF), diesel particulate filters (DPF), and the like have plugged portions on their end faces. In this way, when performing thermal stress analysis of a honeycomb structure that has plugged parts on the end face, it is difficult to perform an accurate analysis using only the physical property values (strength, Young's modulus) of the honeycomb base material. In addition to the physical properties of the plugging material, information on the physical properties of the plugging material in the plugged portion and the honeycomb base material in the vicinity of the plugging material is required.

端面に目封止部を有するハニカム構造体については、確立した熱応力解析方法が無いため、目封止材を固めた試験片を測定し、さらに、ハニカム基材のみを測定して、それぞれ得られた物性を用いて解析することが考えられる。ここで、当該解析方法では、目封止材とハニカム基材とを別々に測定している。しかしながら、実際の目封止材は、ハニカム基材の端面におけるセル内に充填されており、当該セルを構成するハニカム基材の隔壁内にいくらか染み込んでいることが、本発明者の検討の結果、明らかとなった。特に、ハニカム基材の隔壁が気孔を多く含む場合には、目封止材の染み込み量も増加する。 As there is no established thermal stress analysis method for honeycomb structures with plugged parts on the end faces, we measured the test piece with the plugged material solidified and then measured only the honeycomb base material. It is conceivable to conduct an analysis using the physical properties obtained. Here, in the analysis method, the plugging material and the honeycomb base material are measured separately. However, as a result of the inventor's study, it was found that the actual plugging material is filled into the cells on the end face of the honeycomb base material, and some of the plugging material seeps into the partition walls of the honeycomb base material that constitute the cells. ,It became clear. In particular, when the partition walls of the honeycomb base material contain many pores, the amount of penetration of the plugging material also increases.

上述の端面に目封止部を有しているハニカム構造体の熱応力解析方法では、従前気づいていなかった目封止材のハニカム基材の隔壁への染み込みについての観点を考慮していなかったため、実際のクラックなどの破壊が生じたハニカム構造体とは大きく異なる結果が得られており、解析精度が低いものであった。 The above-mentioned thermal stress analysis method for a honeycomb structure having plugged parts on the end face did not take into account the permeation of the plugging material into the partition walls of the honeycomb base material, which had not been noticed before. , results were obtained that were significantly different from actual honeycomb structures with cracks and other fractures, and the analysis accuracy was low.

特に、ハニカム基材において、目封止部を有する端面は、ハニカム構造体をGPFまたはDPFなどに使用したときにクラックが発生しやすい箇所であるため、破壊応力をより正確に解析したいという要望がある。 In particular, in honeycomb base materials, the end face with plugged parts is a place where cracks are likely to occur when the honeycomb structure is used for GPF or DPF, so there is a desire to analyze fracture stress more accurately. be.

また、上述の端面に目封止部を有しているハニカム構造体の熱応力解析方法では、目封止材とハニカム基材とを別々に測定しているが、実際の目封止材は、ハニカム基材のセル内に充填されている。このため、ハニカム構造体に充填された状態での、目封止部の目封止材のヤング率を精度良く解析することができれば、ハニカム構造体の熱応力をより精度良く解析することができる。 In addition, in the above-mentioned thermal stress analysis method for a honeycomb structure having plugged parts on the end face, the plugging material and the honeycomb base material are measured separately, but the actual plugging material is , filled in the cells of the honeycomb base material. Therefore, if it is possible to accurately analyze the Young's modulus of the plugging material in the plugged portion when it is filled into a honeycomb structure, it is possible to analyze the thermal stress of the honeycomb structure with more accuracy. .

本発明は上記事情に鑑みて創作されたものであり、解析精度の向上が可能な、ハニカム構造体の破壊応力の解析方法、ハニカム構造体の目封止部の目封止材のヤング率の解析方法及びハニカム構造体の端面の応力の解析方法を提供することを課題とする。 The present invention was created in view of the above circumstances, and provides a method for analyzing the fracture stress of a honeycomb structure, which can improve the analysis accuracy, and a Young's modulus of the plugging material for the plugged portions of the honeycomb structure. An object of the present invention is to provide an analysis method and a method for analyzing stress on an end face of a honeycomb structure.

上記課題は、以下の本発明によって解決されるものであり、本発明は以下のように特定される。
(1) 一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁と、所定の前記セルの前記一方の端面側の開口端部及び残余の前記セルの前記他方の端面側の開口端部を目封止する目封止部と、を有する、柱状のハニカム構造体の破壊応力の解析方法であって、前記解析方法が、
前記目封止部を有する端面から、一部に前記目封止部を有するセルを含む、所定の大きさのテスト領域を指定する工程と、
前記テスト領域において、以下の(a)または(b)を実施する工程と、
(a)前記テスト領域から、1セル当たり、それぞれ前記目封止部を80体積%以上除去し、続いて、前記テスト領域を切り出してテストピースPaとする、
(b)前記テスト領域を切り出し、続いて、切り出した対象物から、1セル当たり、それぞれ前記目封止部を80体積%以上除去してテストピースPaとする、
前記目封止部を除去したテストピースPaに対し、所定の曲げ試験を行い、前記テストピースPaの破壊荷重の実測値を得る工程と、
前記テストピースPaの破壊荷重の実測値と、任意に設定した前記目封止部の目封止材のヤング率の値と、を用いて、有限要素法による解析を行い、前記目封止部近傍のセルを構成する隔壁の破壊応力の推定値Laを得る工程と、
を備えたハニカム構造体の破壊応力の解析方法。
(2) (1)に記載の方法によって、前記目封止部近傍のセルを構成する隔壁の破壊応力の推定値Laを得る工程と、
(1)に記載のハニカム構造体において、前記目封止部を有する端面から、一部に前記目封止部を有するセルを含む、前記テスト領域と同じ大きさの領域を指定して切り出して、テストピースPbとする工程と、
前記テストピースPbに対し、(1)に記載の曲げ試験と同様の曲げ試験を行い、前記テストピースPbの破壊荷重の実測値を得る工程と、
前記テストピースPbの破壊荷重の実測値と、複数設定した前記目封止部の目封止材のヤング率の値と、を用いて、有限要素法による解析を行い、推定破壊応力-目封止材のヤング率のグラフを作成する工程と、
前記推定破壊応力-目封止材のヤング率のグラフにおいて、前記破壊応力の推定値Laが、前記推定破壊応力と一致するときの、前記目封止部の目封止材のヤング率Ybを得る工程と、
を備えたハニカム構造体の目封止部の目封止材のヤング率の解析方法。
(3) (2)に記載の方法によって、前記目封止部の目封止材のヤング率Ybを得る工程と、
前記目封止部の目封止材のヤング率Yb、前記隔壁のヤング率、前記ハニカム構造体の前記隔壁の熱膨張係数、及び、前記目封止部の目封止材の熱膨張係数を用いて有限要素法による解析を行い、ハニカム構造体の端面の応力を推定する工程と、
を備えたハニカム構造体の端面の応力の解析方法。
The above problem is solved by the present invention described below, and the present invention is specified as follows.
(1) A partition wall that partitions a plurality of cells penetrating from one end surface to the other end surface to form a flow path, and an open end portion on the one end surface side of a predetermined cell and an open end portion on the one end surface side of the predetermined cell and the opening end portion of the remaining cell. A method for analyzing fracture stress of a columnar honeycomb structure, the method comprising: a plugging portion for plugging an open end on the other end surface side;
specifying a test area of a predetermined size that partially includes cells having the plugged portions from the end face having the plugged portions;
In the test area, performing the following (a) or (b);
(a) removing 80% or more of the plugging portion from each cell from the test area, and then cutting out the test area to form a test piece P a ;
(b) Cutting out the test region, and then removing 80% or more of the plugged portions per cell from the cut out object to obtain a test piece P a ;
performing a predetermined bending test on the test piece P a from which the plugged portions have been removed, and obtaining an actual value of the breaking load of the test piece P a ;
Using the measured value of the breaking load of the test piece P a and the arbitrarily set value of the Young's modulus of the plugging material of the plugged portion, analysis was performed using the finite element method, and the plugging obtaining an estimated value L a of the fracture stress of the partition wall constituting the cell near the cell;
A method for analyzing the fracture stress of a honeycomb structure with
(2) Obtaining an estimated value L a of the fracture stress of the partition wall constituting the cell near the plugged portion by the method described in (1);
In the honeycomb structure according to (1), a region having the same size as the test region, which partially includes cells having the plugged portions, is specified and cut out from the end face having the plugged portions. , a step of forming a test piece P b ;
A step of performing a bending test similar to the bending test described in (1) on the test piece P b to obtain an actual value of the breaking load of the test piece P b ;
Using the measured value of the fracture load of the test piece P b and the value of the Young's modulus of the plugging material of the plurality of plugged parts, an analysis is performed using the finite element method, and the estimated fracture stress - eye a step of creating a graph of Young's modulus of the encapsulant;
In the graph of the estimated breaking stress vs. Young's modulus of the plugging material, the Young's modulus Y of the plugging material of the plugged portion when the estimated value L a of the breaking stress matches the estimated breaking stress. a step of obtaining b ;
A method for analyzing the Young's modulus of a plugging material in the plugged parts of a honeycomb structure.
(3) Obtaining the Young's modulus Y b of the plugging material of the plugged portion by the method described in (2);
Young's modulus Y b of the plugging material of the plugged portions, Young's modulus of the partition walls, thermal expansion coefficient of the partition walls of the honeycomb structure, and thermal expansion coefficient of the plugging material of the plugged portions. A process of performing analysis using the finite element method and estimating the stress on the end face of the honeycomb structure,
A method for analyzing stress on the end face of a honeycomb structure with

本発明によれば、解析精度の向上が可能な、ハニカム構造体の破壊応力の解析方法、ハニカム構造体の目封止部の目封止材のヤング率の解析方法及びハニカム構造体の端面の応力の解析方法を提供することができる。 According to the present invention, a method of analyzing fracture stress of a honeycomb structure, a method of analyzing Young's modulus of a plugging material of a plugged portion of a honeycomb structure, and a method of analyzing the Young's modulus of a plugging material of a plugged portion of a honeycomb structure, which can improve analysis accuracy, and a method of analyzing the Young's modulus of a plugging material of a plugged portion of a honeycomb structure, and A stress analysis method can be provided.

本発明の実施形態における、各解析対象となる、柱状のハニカム構造体の外観模式図である。FIG. 2 is a schematic external view of a columnar honeycomb structure to be analyzed in an embodiment of the present invention. 発明の実施形態における、各解析対象となる、柱状のハニカム構造体のセルの延伸方向に垂直な断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view perpendicular to the extending direction of cells of a columnar honeycomb structure, each of which is an analysis target, in an embodiment of the invention. ハニカム構造体の端面において指定された、直方体形状のテスト領域を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a rectangular parallelepiped-shaped test area specified on the end face of the honeycomb structure. テスト領域(または、テストピースPa)から目封止部を除去した様子を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a state in which plugging portions are removed from a test area (or test piece P a ). 曲げ試験方法の一例を模式的に説明する図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an example of a bending test method. 推定破壊応力-目封止材のヤング率のグラフの一例である。This is an example of a graph of estimated fracture stress versus Young's modulus of a plugging material.

次に本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。 Next, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It is understood that the present invention is not limited to the following embodiments, and that design changes, improvements, etc. may be made as appropriate based on the common knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Should.

(1.ハニカム構造体)
図1は本発明の実施形態における、ハニカム構造体の破壊応力の解析方法、ハニカム構造体の目封止部の目封止材のヤング率の解析方法及びハニカム構造体の端面の応力の解析方法の各解析の対象となる、柱状のハニカム構造体10の外観模式図を示すものである。図2は本発明の実施形態における、ハニカム構造体の破壊応力の解析方法、ハニカム構造体の目封止部の目封止材のヤング率の解析方法及びハニカム構造体の端面の応力の解析方法の各解析の対象となる、柱状のハニカム構造体10のセル15の延伸方向に垂直な断面模式図である。ハニカム構造体10は、外周壁11と、外周壁11の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセル15を区画形成する隔壁12とを有する。
(1. Honeycomb structure)
FIG. 1 shows a method of analyzing fracture stress of a honeycomb structure, a method of analyzing Young's modulus of a plugging material of a plugged portion of a honeycomb structure, and a method of analyzing stress of an end face of a honeycomb structure, according to an embodiment of the present invention. 2 shows a schematic external view of a columnar honeycomb structure 10 that is the target of each analysis. FIG. 2 shows a method of analyzing fracture stress of a honeycomb structure, a method of analyzing Young's modulus of a plugging material of a plugged portion of a honeycomb structure, and a method of analyzing stress of an end face of a honeycomb structure, according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view perpendicular to the extending direction of cells 15 of the columnar honeycomb structure 10, which is the target of each analysis. The honeycomb structure 10 has an outer peripheral wall 11 and a partition wall 12 that is disposed inside the outer peripheral wall 11 and partitions and forms a plurality of cells 15 that penetrate from one end face to the other end face and form a flow path. .

ハニカム構造体10の外形は柱状である限り特に限定されず、例えば、底面が円形の柱状(円柱形状)、底面がオーバル形状の柱状、底面が多角形(四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等)の柱状等の形状とすることができる。また、ハニカム構造体10の大きさも特に限定されないが、例えば、底面の面積が2000~20000mm2であってもよい。 The outer shape of the honeycomb structure 10 is not particularly limited as long as it is columnar. For example, the outer shape of the honeycomb structure 10 is columnar with a circular bottom (cylindrical shape), columnar with an oval bottom, polygonal (quadrilateral, pentagonal, hexagonal, heptagonal, etc.) with a bottom surface. The shape may be a columnar shape such as an octagonal shape, etc. Further, the size of the honeycomb structure 10 is not particularly limited, but the area of the bottom surface may be 2000 to 20000 mm 2 , for example.

ハニカム構造体10は、セラミックスで構成されている。ハニカム構造体10を構成するセラミックスとしては、限定的ではないが、アルミナ、ムライト、ジルコニア及びコージェライト等の酸化物系セラミックス、炭化珪素、窒化珪素及び窒化アルミ等の非酸化物系セラミックス等を挙げることができる。また、炭化珪素-金属珪素複合材や炭化珪素/グラファイト複合材等を用いることもできる。 The honeycomb structure 10 is made of ceramics. Examples of the ceramics constituting the honeycomb structure 10 include, but are not limited to, oxide ceramics such as alumina, mullite, zirconia, and cordierite, and non-oxide ceramics such as silicon carbide, silicon nitride, and aluminum nitride. be able to. Further, a silicon carbide-metal silicon composite material, a silicon carbide/graphite composite material, etc. can also be used.

セル15の延伸方向に垂直な断面におけるセル15の形状に制限はないが、四角形、六角形、八角形、又はこれらの組み合わせであってもよい。 The shape of the cell 15 in a cross section perpendicular to the stretching direction of the cell 15 is not limited, but may be quadrilateral, hexagonal, octagonal, or a combination thereof.

セル15を区画形成する隔壁12の厚みは、限定的ではないが、0.1~0.35mmであってもよい。本発明において、隔壁12の厚みは、セル15の延伸方向に垂直な断面において、隣接するセル15の重心同士を結ぶ線分のうち、隔壁12を通過する部分の長さとして定義される。 The thickness of the partition walls 12 that define the cells 15 may be, but not limited to, 0.1 to 0.35 mm. In the present invention, the thickness of the partition wall 12 is defined as the length of the portion that passes through the partition wall 12 among the line segments connecting the centers of gravity of adjacent cells 15 in a cross section perpendicular to the extending direction of the cells 15.

ハニカム構造体10は、セル15の流路方向に垂直な断面において、セル密度が40~150セル/cm2であってもよい。セル密度は、外側壁12部分を除くハニカム構造体10の一つの底面部分の面積でセル数を除して得られる値である。 The honeycomb structure 10 may have a cell density of 40 to 150 cells/cm 2 in a cross section perpendicular to the flow path direction of the cells 15. The cell density is a value obtained by dividing the number of cells by the area of one bottom surface portion of the honeycomb structure 10 excluding the outer wall 12 portion.

ハニカム構造体10の外周壁11の厚みは、限定的ではないが、0.1mm~1.0mmとすることができる。ここで、外周壁11の厚みは、厚みを測定しようとする外周壁11の箇所をセル15の延伸方向に垂直な断面で観察したときに、当該測定箇所における外周壁11の接線に対する法線方向の厚みとして定義される。 The thickness of the outer peripheral wall 11 of the honeycomb structure 10 may be, but not limited to, 0.1 mm to 1.0 mm. Here, the thickness of the outer circumferential wall 11 is determined in the normal direction to the tangent to the outer circumferential wall 11 at the measurement point when the point of the outer circumferential wall 11 whose thickness is to be measured is observed in a cross section perpendicular to the stretching direction of the cells 15. is defined as the thickness of

隔壁12は多孔質とすることができる。隔壁12の気孔率は、限定的ではないが、35~60%とすることができる。気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。 The partition wall 12 can be porous. The porosity of the partition wall 12 may be, but not limited to, 35 to 60%. The porosity is a value measured using a mercury porosimeter.

ハニカム構造体10の隔壁12の平均細孔径は、限定的ではないが、2~15μmとすることができる。平均細孔径は、水銀ポロシメータにより測定した値である。 The average pore diameter of the partition walls 12 of the honeycomb structure 10 may be, but not limited to, 2 to 15 μm. The average pore diameter is a value measured using a mercury porosimeter.

ハニカム構造体10は、所定のセル15の一方の端面側の開口端部及び残余のセル15の他方の端面側の開口端部を目封止する目封止部を有する。限定的ではないが、図2に示すように、ハニカム構造体10は、一方の端面側が開口して他方の端面に目封止部19を有する複数のセルAと、セルAとそれぞれ交互に配置され、他方の端面側が開口して一方の端面に目封止部19を有する複数のセルBとを備えてもよい。セルA及びセルBは隔壁12を挟んで交互に隣接配置されており、両端面は市松模様を形成する。セルA及びセルBの数、配置、形状等は制限されず、必要に応じて適宜設計することができる。 The honeycomb structure 10 has a plugging portion that plugs the open ends on one end surface side of a predetermined cell 15 and the open ends on the other end surface side of the remaining cells 15. Although not limited to this, as shown in FIG. 2, the honeycomb structure 10 has a plurality of cells A that are open on one end surface and have plugged portions 19 on the other end surface, and the cells A are arranged alternately. It may be provided with a plurality of cells B having the other end face open and having plugging portions 19 on one end face. Cells A and B are alternately arranged adjacent to each other with partition walls 12 in between, and both end faces form a checkered pattern. The number, arrangement, shape, etc. of cells A and B are not limited and can be designed as appropriate.

(2.ハニカム構造体の破壊応力の解析方法)
次に、本発明の実施形態におけるハニカム構造体の破壊応力の解析方法について説明する。本発明の実施形態におけるハニカム構造体の破壊応力の解析方法は、まず、目封止部19を有する端面から、一部に目封止部19を有するセル15を含む、所定の大きさのテスト領域を指定する。
(2. Analysis method of fracture stress of honeycomb structure)
Next, a method for analyzing fracture stress of a honeycomb structure according to an embodiment of the present invention will be described. In the method for analyzing the fracture stress of a honeycomb structure according to the embodiment of the present invention, first, a test of a predetermined size including cells 15 partially having plugged portions 19 is performed from an end face having plugged portions 19. Specify the area.

図3は、ハニカム構造体10の端面において指定された、直方体形状のテスト領域16を模式的に示している。テスト領域16は、後述のようにハニカム構造体10から切り出してテストピースPaとされるため、所望するテストピースPaの形状および大きさと同様の形状および大きさとなるように指定する。テスト領域16の大きさおよび形状は、特に限定されないが、後述の曲げ試験によって破壊荷重を測定しやすくするという観点から、目封止部19を有する端面に対応する平面が、縦5~30mm×横30~100mmの大きさであって、厚みが3~10mmである直方体形状であるのが好ましい。また、テスト領域16(すなわち、テストピースPaの厚み)と、目封止部19の深さとは同じ数値にするのが好ましい。 FIG. 3 schematically shows a rectangular parallelepiped-shaped test area 16 designated on the end face of the honeycomb structure 10. Since the test area 16 is cut out from the honeycomb structure 10 to form the test piece P a as described later, it is specified to have the same shape and size as the desired test piece P a . The size and shape of the test area 16 are not particularly limited; It is preferably a rectangular parallelepiped with a width of 30 to 100 mm and a thickness of 3 to 10 mm. Further, it is preferable that the test area 16 (that is, the thickness of the test piece P a ) and the depth of the plugging portion 19 be set to the same value.

次に、テスト領域16において、以下の(a)または(b)を実施する。
(a)テスト領域16から、1セル当たり、それぞれ目封止部19を80体積%以上除去し、続いて、テスト領域16を切り出してテストピースPaとする。
(b)テスト領域16を切り出し、続いて、切り出した対象物から、1セル当たり、それぞれ目封止部19を80体積%以上除去してテストピースPaとする。
テストピースPaは、ハニカム構造体10から、例えば、ダイヤモンドカッター等によって切り出すことができる。また、目封止部19は、ドリル等によって除去することができる。
Next, in the test area 16, the following (a) or (b) is performed.
(a) 80% or more of the plugging portions 19 are removed per cell from the test region 16, and then the test region 16 is cut out to form a test piece P a .
(b) Cut out the test region 16, and then remove 80% or more of the plugged portions 19 per cell from the cut out object to obtain a test piece P a .
The test piece P a can be cut out from the honeycomb structure 10 using, for example, a diamond cutter. Furthermore, the plugging portions 19 can be removed using a drill or the like.

図4に、テスト領域16(または、テストピースPa)から目封止部19を除去した様子を示す模式図を示す。図4に示すように、目封止部19がセル15の端面部分に充填されている状態から、ドリル等で目封止部19のみを除去しようとするとき、セル15の隔壁の表面に、除去しきれなかった目封止部19が残ってしまう傾向にある。上記(a)及び(b)のいずれも、この目封止部19の残存量が20体積%未満、すなわち、除去前の目封止部19の全体積に対して、目封止部19を80体積%以上除去すればよい。また、より解析精度を向上させるためには、目封止部19が可能な限り排除されたハニカム構造体10のテストピースPaを、後述の曲げ試験に用いることが好ましい。このような観点から、目封止部19を85体積%以上除去することが好ましく、90体積%以上除去することがより好ましく、実質的に、100体積%除去することが更により好ましい。 FIG. 4 is a schematic diagram showing how the plugging portions 19 are removed from the test area 16 (or test piece P a ). As shown in FIG. 4, when attempting to remove only the plugging portions 19 with a drill or the like from a state in which the plugging portions 19 are filled in the end face portions of the cells 15, on the surface of the partition walls of the cells 15, There is a tendency for the plugged portions 19 that could not be completely removed to remain. In both (a) and (b) above, the remaining amount of the plugged portions 19 is less than 20% by volume, that is, the plugged portions 19 are removed based on the total volume of the plugged portions 19 before removal. It is sufficient to remove 80% by volume or more. Furthermore, in order to further improve the analysis accuracy, it is preferable to use a test piece P a of the honeycomb structure 10 in which the plugged portions 19 are eliminated as much as possible for the bending test described below. From this viewpoint, it is preferable to remove 85% by volume or more of the plugging portions 19, more preferably to remove 90% by volume or more, and even more preferably to substantially remove 100% by volume.

次に、目封止部を除去したテストピースPaに対し、所定の曲げ試験を行い、テストピースPaの破壊荷重の実測値を得る。曲げ試験方法及び曲げ試験装置は、公知のものを用いることができるが、例えば、曲げ試験方法としては、JIS R 1664で規格された方法に準じて行うことが好ましく、曲げ試験装置としては、INSTRON社製の3366デュアルコラム卓上型試験機が挙げられる。図5は、当該曲げ試験方法の一例を模式的に説明する図である。図5に示すように、曲げ試験の荷重は、テストピースPaの厚さ方向にかける。このとき、テストピースPaの上側に、2本の円柱状の圧子21を所定の間隔を空けて配置する。また、テストピースPaの下側に、2本の円柱状の支持台22を所定の間隔を空けて配置する。このような状態で、2本の圧子21に均等に荷重をかける。荷重は一定速度で徐々に増大させていく。このときの、荷重(N)と、テストピースPaの曲げたわみ(mm)とを測定し、テストピースが破壊するまでの最大荷重を、テストピースPaの破壊荷重の実測値とする。 Next, a predetermined bending test is performed on the test piece P a from which the plugged portions have been removed, and an actual value of the breaking load of the test piece P a is obtained. Any known bending test method and bending test device can be used, but for example, the bending test method is preferably conducted in accordance with the method standardized by JIS R 1664, and the bending test device is INSTRON. An example of this is the 3366 dual-column tabletop tester manufactured by Co., Ltd. FIG. 5 is a diagram schematically explaining an example of the bending test method. As shown in FIG. 5, the load for the bending test is applied in the thickness direction of the test piece P a . At this time, two cylindrical indenters 21 are placed above the test piece P a at a predetermined interval. Furthermore, two cylindrical support stands 22 are arranged below the test piece P a with a predetermined interval. In this state, a load is applied equally to the two indenters 21. The load is gradually increased at a constant speed. At this time, the load (N) and the bending deflection (mm) of the test piece P a are measured, and the maximum load until the test piece breaks is taken as the actual value of the breaking load of the test piece P a .

次に、テストピースPaの破壊荷重の実測値と、任意に設定した目封止部19の目封止材のヤング率の値と、を用いて、有限要素法による解析を行い、目封止部19近傍のセル15を構成する隔壁12の破壊応力の推定値Laを得る。目封止部19の目封止材のヤング率は、任意に設定することができる。これは、詳細は後述するが、破壊応力の推定値Laは、目封止材のヤング率を変化させても大きな変化が生じないためである。目封止部19の目封止材のヤング率は、例えば、1×103~1×107N/m2の範囲に設定することができる。 Next, using the measured value of the breaking load of the test piece P a and the arbitrarily set value of the Young's modulus of the plugging material of the plugged portion 19, an analysis is performed using the finite element method, and the plugging An estimated value L a of the breaking stress of the partition wall 12 constituting the cell 15 near the stop portion 19 is obtained. The Young's modulus of the plugging material of the plugging portions 19 can be set arbitrarily. This is because, although the details will be described later, the estimated value L a of the fracture stress does not change significantly even if the Young's modulus of the plugging material is changed. The Young's modulus of the plugging material of the plugging portions 19 can be set, for example, in the range of 1×10 3 to 1×10 7 N/m 2 .

当該有限要素法による解析の具体的な手順としては、まず、目封止部を除去したテストピースPaについて、有限要素法による解析が可能な構造解析ソフトでモデル作成する。有限要素法による解析が可能な構造解析ソフトとしては、例えば、ANSYS(ANSYS,Inc.社製)、Abaqus(ダッソー・システムズ社製)等が挙げられる。また、構造解析ソフト上におけるモデル作成に際し、要素分割数は、例えば、特開2005-242679号公報の0030段落等の記載を参照でき、要素サイズは、例えば、当該公報の0050段落等の記載を参照できる。次に、解析を行うにあたって、ハニカム基材の隔壁と目封止材、それぞれのポアソン比、ヤング率(目封止材のヤング率は上述の通り、任意の値)を設定する。その後、曲げ試験方法を模擬して、支持ピンの位置を拘束して、荷重ピンの位置に曲げ試験方法で得た破壊荷重を加え、解析を実施する。例えば、Z軸方向に荷重を加える場合は、Z軸方向の拘束をかける。そして、解析結果から、目封止部19近傍のセル15を構成する隔壁12に発生している最大応力を破壊応力の推定値Laとする。 As a specific procedure for the analysis using the finite element method, first, a model of the test piece P a from which the plugged portions have been removed is created using structural analysis software that is capable of analysis using the finite element method. Examples of structural analysis software that can perform analysis using the finite element method include ANSYS (manufactured by ANSYS, Inc.), Abaqus (manufactured by Dassault Systèmes), and the like. In addition, when creating a model on structural analysis software, the number of element divisions can be found, for example, in paragraph 0030 of JP-A No. 2005-242679, and the element size can be determined, for example, in paragraph 0050 of the publication. You can refer to it. Next, in performing the analysis, the partition walls of the honeycomb base material, the plugging material, their respective Poisson's ratios, and Young's modulus (the Young's modulus of the plugging material is an arbitrary value as described above) are set. Then, by simulating the bending test method, the position of the support pin is constrained, and the breaking load obtained by the bending test method is applied to the position of the load pin, and analysis is performed. For example, when applying a load in the Z-axis direction, restraint is applied in the Z-axis direction. From the analysis results, the maximum stress occurring in the partition walls 12 constituting the cells 15 in the vicinity of the plugged portions 19 is set as the estimated value L a of the breaking stress.

本発明の実施形態におけるハニカム構造体の破壊応力の解析方法によれば、ハニカム基材の隔壁に目封止材が染み込んだものを解析しているため、実際のハニカム構造体の破壊応力の解析結果に近い、良好な解析精度が得られる。特に、ハニカム基材において、目封止部を有する端面は、ハニカム構造体をGPFまたはDPFなどに使用したときにクラックが発生しやすい箇所であるが、発明の実施形態におけるハニカム構造体の破壊応力の解析方法によれば、当該破壊応力をより正確に解析できる。 According to the method for analyzing the fracture stress of a honeycomb structure according to the embodiment of the present invention, since the analysis is performed on the partition wall of the honeycomb base material in which the plugging material has penetrated, the analysis of the fracture stress of the actual honeycomb structure is performed. Good analysis accuracy close to the results can be obtained. In particular, in a honeycomb base material, the end face having plugged parts is a place where cracks are likely to occur when the honeycomb structure is used for GPF or DPF, etc., but the fracture stress of the honeycomb structure in the embodiment of the invention According to the analysis method, the fracture stress can be analyzed more accurately.

(3.ハニカム構造体の目封止部の目封止材のヤング率の解析方法)
次に、本発明の実施形態におけるハニカム構造体の目封止部の目封止材のヤング率の解析方法について説明する。本発明の実施形態におけるハニカム構造体の目封止部の目封止材のヤング率の解析方法は、まず、上述の本発明の実施形態におけるハニカム構造体の破壊応力の解析方法によって、目封止部19近傍のセル15を構成する隔壁12の破壊応力の推定値Laを得る。
(3. Method for analyzing Young's modulus of plugging material in plugged portions of honeycomb structure)
Next, a method for analyzing the Young's modulus of the plugging material of the plugged portions of the honeycomb structure according to the embodiment of the present invention will be described. The method for analyzing the Young's modulus of the plugging material for the plugged portions of the honeycomb structure in the embodiment of the present invention is to first analyze the fracture stress of the honeycomb structure in the embodiment of the present invention described above. An estimated value L a of the breaking stress of the partition wall 12 constituting the cell 15 near the stop portion 19 is obtained.

次に、ハニカム構造体10において、目封止部19を有する端面から、一部に目封止部19を有するセル15を含む、テスト領域16と同じ大きさのテスト領域26を指定して切り出して、テストピースPbとする。続いて、図5に示すように、テストピースPbに対し、本発明の実施形態におけるハニカム構造体の破壊応力の解析方法における上記曲げ試験と同様の曲げ試験を行い、テストピースPbの破壊荷重の実測値を得る。 Next, in the honeycomb structure 10, a test area 26 having the same size as the test area 16, including the cells 15 partially having the plugged parts 19, is specified and cut out from the end face having the plugged parts 19. This is called test piece P b . Subsequently, as shown in FIG. 5, the test piece P b was subjected to a bending test similar to the bending test described above in the method for analyzing fracture stress of a honeycomb structure according to the embodiment of the present invention, and the test piece P b was tested for fracture. Obtain the actual measured value of the load.

ここで、本発明の実施形態におけるハニカム構造体の目封止部の目封止材のヤング率の解析方法では、本発明の実施形態におけるハニカム構造体の破壊応力の解析方法で得られた目封止部19近傍のセル15を構成する隔壁12の破壊応力の推定値Laを用いて目封止材のヤング率を解析しており、テスト領域26は、テスト領域16と同じ大きさに指定することが、本解析方法を精度良く実施するために重要である。なお、テスト領域26の大きさは、テスト領域16と完全に一致していることが好ましいが、数ミリ程度のずれがあってもよい。すなわち、テスト領域16と「略同じ大きさ」のテスト領域26を指定すればよい。例えば、テスト領域16、26がそれぞれ直方体形状である場合であれば、縦、横、長さがそれぞれ数ミリ以内ずつ異なっている程度であれば、略同じ大きさであるとみなすことができる。 Here, in the method for analyzing the Young's modulus of the plugging material of the plugged portions of the honeycomb structure in the embodiment of the present invention, the The Young's modulus of the plugging material is analyzed using the estimated value L a of the fracture stress of the partition wall 12 constituting the cell 15 near the sealing part 19, and the test area 26 is set to the same size as the test area 16. It is important to specify this in order to accurately implement this analysis method. Although it is preferable that the size of the test area 26 completely match the size of the test area 16, there may be a deviation of several millimeters. That is, it is sufficient to specify a test area 26 that is "approximately the same size" as the test area 16. For example, if the test areas 16 and 26 are each shaped like a rectangular parallelepiped, they can be considered to have substantially the same size as long as the height, width, and length differ within a few millimeters.

次に、テストピースPbの破壊荷重の実測値と、複数設定した目封止部の目封止材のヤング率の値と、を用いて、有限要素法による解析を行い、推定破壊応力-目封止材のヤング率のグラフを作成する。得られた推定破壊応力-目封止材のヤング率のグラフの一例を、図6に示す。 Next, using the measured value of the fracture load of the test piece P b and the value of the Young's modulus of the plugging material of the plurality of plugged parts, analysis was performed using the finite element method, and the estimated fracture stress - Create a graph of the Young's modulus of the plugging material. An example of the graph of the obtained estimated fracture stress versus Young's modulus of the plugging material is shown in FIG.

当該有限要素法による解析の具体的な手順としては、まず、テストピースPbについて、有限要素法による解析が可能な構造解析ソフトでモデル作成する。有限要素法による解析が可能な構造解析ソフトとしては、上述の内容と同様のものが挙げられる。また、構造解析ソフト上におけるモデル作成に際し、要素分割数および要素サイズについては、上述の内容を参照して行うことができる。次に、解析を行うにあたって、ハニカム基材の隔壁と目封止材、それぞれのポアソン比、ヤング率(目封止材のヤング率は上述の通り、任意の値)を設定する。その後、曲げ試験方法を模擬して、支持ピンの位置を拘束して、荷重ピンの位置に曲げ試験方法で得た破壊荷重を加え、解析を実施する。例えば、Z軸方向に荷重を加える場合は、Z軸方向の拘束をかける。そして、解析結果から、目封止部19近傍のセル15を構成する隔壁12に発生している最大応力を推定破壊応力とする。目封止材のヤング率を複数設定し、同様の解析を繰り返して推定破壊応力を求めてプロットすることにより、図6に示す推定破壊応力-目封止材のヤング率のグラフを作成する。 As a specific procedure for analysis using the finite element method, first, a model of the test piece P b is created using structural analysis software that is capable of analysis using the finite element method. Examples of structural analysis software that can perform analysis using the finite element method include those similar to those described above. Furthermore, when creating a model on the structural analysis software, the number of element divisions and element size can be determined with reference to the above. Next, in performing the analysis, the partition walls of the honeycomb base material, the plugging material, their respective Poisson's ratios, and Young's modulus (the Young's modulus of the plugging material is an arbitrary value as described above) are set. Then, by simulating the bending test method, the position of the support pin is constrained, and the breaking load obtained by the bending test method is applied to the position of the load pin, and analysis is performed. For example, when applying a load in the Z-axis direction, restraint is applied in the Z-axis direction. Then, from the analysis results, the maximum stress occurring in the partition walls 12 constituting the cells 15 near the plugged portions 19 is set as the estimated breaking stress. By setting a plurality of Young's modulus of the plugging material and repeating the same analysis to obtain and plot the estimated breaking stress, a graph of estimated breaking stress vs. Young's modulus of the plugging material shown in FIG. 6 is created.

次に、図6に示すように、推定破壊応力-目封止材のヤング率のグラフにおいて、破壊応力の推定値Laが、推定破壊応力と一致するときの、目封止部の目封止材のヤング率Ybを得る。ここで、破壊応力の推定値Laは、目封止材のヤング率を変化させても大きな変化がなく、ハニカム構造体10の端面の破壊(クラック)は、隔壁12で発生していて、目封止部では発生していない。このため、上述のように、破壊応力の推定値Laを、推定破壊応力と一致させる操作をしても問題ない。 Next, as shown in FIG. 6, in the graph of estimated fracture stress vs. Young's modulus of the plugging material, when the estimated value L a of the fracture stress matches the estimated fracture stress, Obtain the Young's modulus Y b of the retaining material. Here, the estimated value L a of the fracture stress does not change significantly even if the Young's modulus of the plugging material is changed, and the fracture (crack) on the end face of the honeycomb structure 10 occurs at the partition wall 12. This does not occur in the plugged areas. Therefore, as described above, there is no problem even if the estimated value L a of the breaking stress is made to match the estimated breaking stress.

本発明の実施形態におけるハニカム構造体の目封止部の目封止材のヤング率の解析方法によれば、ハニカム構造体10に充填された状態での、目封止部19の目封止材のヤング率を精度良く解析することができる。 According to the method for analyzing the Young's modulus of the plugging material of the plugged portions of the honeycomb structure in the embodiment of the present invention, the plugging of the plugged portions 19 in the state filled in the honeycomb structure 10 is performed. The Young's modulus of materials can be analyzed with high accuracy.

(4.ハニカム構造体の端面の応力の解析方法)
次に、本発明の実施形態におけるハニカム構造体の端面の応力の解析方法について説明する。本発明の実施形態におけるハニカム構造体の端面の応力の解析方法は、まず、上述の本発明の実施形態におけるハニカム構造体の目封止部の目封止材のヤング率の解析方法によって、目封止部19の目封止材のヤング率Ybを得る。なお、目封止部19の目封止材のヤング率Ybを得る際には、上述の本発明の実施形態におけるハニカム構造体の破壊応力の解析方法によって、目封止部19近傍のセル15を構成する隔壁12の破壊応力の推定値Laを求める必要がある。
(4. Analysis method of stress on end face of honeycomb structure)
Next, a method for analyzing stress on the end face of a honeycomb structure in an embodiment of the present invention will be described. The method for analyzing the stress on the end face of the honeycomb structure in the embodiment of the present invention is as follows: The Young's modulus Y b of the plugging material of the sealing portion 19 is obtained. Note that when obtaining the Young's modulus Y b of the plugging material of the plugged portions 19, the cells near the plugged portions 19 are It is necessary to obtain an estimated value L a of the fracture stress of the partition wall 12 that constitutes the partition wall 15 .

次に、得られた目封止部の目封止材のヤング率Ybに加えて、隔壁12のヤング率、ハニカム構造体10の隔壁12の熱膨張係数、及び、目封止部19の目封止材の熱膨張係数を用いて、有限要素法による解析を行い、ハニカム構造体10の端面の応力を推定する。当該ハニカム構造体10の端面の応力は、例えば、ハニカム構造体10が100~1300℃の高温に曝された状態を、有限要素法により解析する。 Next, in addition to the obtained Young's modulus Y b of the plugging material of the plugged portions, the Young's modulus of the partition walls 12 , the coefficient of thermal expansion of the partition walls 12 of the honeycomb structure 10 , and the coefficient of thermal expansion of the plugged portions 19 Using the coefficient of thermal expansion of the plugging material, analysis is performed using the finite element method to estimate the stress on the end face of the honeycomb structure 10. The stress on the end face of the honeycomb structure 10 is analyzed, for example, by the finite element method when the honeycomb structure 10 is exposed to a high temperature of 100 to 1300°C.

当該有限要素法による解析の具体的な手順としては、まず、ハニカム基材全体について、有限要素法による解析が可能な構造解析ソフトでモデル作成する。有限要素法による解析が可能な構造解析ソフトとしては、上述の内容と同様のものが挙げられる。ハニカム基材全体のモデルを作成する際は、例えば、特開2019-144765号公報の0018段落等の記載を参照できる。次に、ハニカム基材の隔壁と目封止材、それぞれのポアソン比、ヤング率、熱膨張係数、ハニカム構造体の温度分布を設定して、有限要素解析を行って応力を計算し、ハニカム構造体の端面の最大主応力を求める。ハニカム構造体の温度分布の設定としては、実際の使用条件の温度分布データから、モデル(有限要素モデル)の各節点へ温度を与える。有限要素解析によりハニカム構造体の端面の最大主応力を求める方法としては、例えば、特開2005-242679号公報、特開2005-241448号公報などに記載の公知の方法に準じて求めることができる。 As a specific procedure for analysis using the finite element method, first, a model of the entire honeycomb base material is created using structural analysis software that can perform analysis using the finite element method. Examples of structural analysis software that can perform analysis using the finite element method include those similar to those described above. When creating a model of the entire honeycomb base material, for example, the description in paragraph 0018 of JP 2019-144765 A can be referred to. Next, we set the partition walls and plugging material of the honeycomb base material, their respective Poisson's ratios, Young's modulus, coefficient of thermal expansion, and temperature distribution of the honeycomb structure, performed finite element analysis to calculate stress, and Find the maximum principal stress on the end face of the body. To set the temperature distribution of the honeycomb structure, temperatures are given to each node of the model (finite element model) from temperature distribution data under actual usage conditions. As a method for determining the maximum principal stress on the end face of a honeycomb structure by finite element analysis, it can be determined according to the known method described in, for example, JP-A No. 2005-242679, JP-A No. 2005-241448, etc. .

従前は、目封止材だけ(バルク体)から目封止材の物性値(ヤング率)を取得していたため、ハニカム構造体の端面に存在している目封止材と異なっていると本発明者らは考えている。そして、本発明の実施形態におけるハニカム構造体の端面の応力の解析方法を採用すれば、ハニカム基材の隔壁に目封止材が染み込んだハニカム構造体10、及び、ハニカム構造体10に充填された状態での、目封止部19の目封止材のヤング率を精度良く解析することができる。そして、ハニカム構造体の端面に存在している目封止材に近い物性値が得られているため、ハニカム構造体10の破壊応力をより精度良く解析することができると、本発明者らは推測している。 Previously, the physical property value (Young's modulus) of the plugging material was obtained only from the plugging material (bulk material), so if it differs from the plugging material existing on the end face of the honeycomb structure, it could be The inventors are thinking. If the stress analysis method of the end face of a honeycomb structure according to the embodiment of the present invention is adopted, the honeycomb structure 10 in which the plugging material has penetrated into the partition walls of the honeycomb base material, and the honeycomb structure 10 filled with the plugging material. The Young's modulus of the plugging material of the plugged portions 19 in this state can be analyzed with high accuracy. The inventors believe that the fracture stress of the honeycomb structure 10 can be analyzed with higher accuracy because physical property values close to those of the plugging material existing on the end face of the honeycomb structure are obtained. I'm guessing.

以下、本発明及びその利点をより良く理解するための実施例を例示するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, examples will be illustrated to better understand the present invention and its advantages, but the present invention is not limited to the examples.

<実施例1>
(1.ハニカム構造体の準備)
縦118mm、横118mm、長さ130mm、隔壁厚さが0.2mm、隔壁間距離が約1.5mmの直方体のコージェライト製ハニカム構造体を準備し、当該ハニカム構造体のセルの両端には、ハニカム構造体の両端面が市松模様となるように、厚み6mmで、コージェライトを目封止材とする目封止部を設ける。
<Example 1>
(1. Preparation of honeycomb structure)
A rectangular cordierite honeycomb structure with length 118 mm, width 118 mm, length 130 mm, partition wall thickness 0.2 mm, and distance between partition walls approximately 1.5 mm was prepared, and at both ends of the cells of the honeycomb structure, Plugging portions having a thickness of 6 mm and using cordierite as a plugging material are provided so that both end faces of the honeycomb structure form a checkered pattern.

(2.ハニカム構造体の破壊応力の解析)
次に、ハニカム構造体の端面から、一部に目封止部を有するセルを含む、テスト領域を指定した。当該テスト領域は、目封止部を有する端面に対応する平面が、縦8mm×横70mmの大きさであって、厚みが6mmである直方体形状とする。また、テスト領域の厚み(すなわち、後述のテストピースPaの厚み)と、目封止部の深さとは同じ数値とする。
(2. Analysis of fracture stress of honeycomb structure)
Next, a test area including cells partially having plugged portions was designated from the end face of the honeycomb structure. The test area has a rectangular parallelepiped shape with a plane corresponding to the end face having the plugged portion measuring 8 mm in length x 70 mm in width and 6 mm in thickness. Further, the thickness of the test area (that is, the thickness of the test piece P a described later) and the depth of the plugging portion are assumed to be the same value.

次に、テスト領域から、1セル当たり、それぞれ目封止部をドリルで80体積%程度除去し、続いて、テスト領域をダイヤモンドカッターで切り出してテストピースPaとする。 Next, approximately 80% by volume of each plugged portion per cell is removed from the test area using a drill, and then the test area is cut out using a diamond cutter to form a test piece P a .

次に、目封止部を除去したテストピースPaに対し、曲げ試験装置としてINSTRON社製の3366デュアルコラム卓上型試験機を用いて、JIS R 1664で規格された方法に準じて、曲げ試験を行う。このときの、荷重(N)と、テストピースPaの曲げたわみ(mm)とを測定し、テストピースが破壊するまでの最大荷重を、テストピースPaの破壊荷重の実測値とする。 Next, the test piece P a from which the plugged portions were removed was subjected to a bending test according to the method specified in JIS R 1664 using a 3366 dual column desktop testing machine manufactured by INSTRON as a bending test device. I do. At this time, the load (N) and the bending deflection (mm) of the test piece P a are measured, and the maximum load until the test piece breaks is taken as the actual value of the breaking load of the test piece P a .

次に、テストピースPaの破壊荷重の実測値と、目封止部の目封止材のヤング率の値とを用いて、有限要素法による解析を行い、目封止部近傍のセルを構成する隔壁の破壊応力の推定値Laを得る。当該有限要素法による解析の具体的な手順としては、まず、目封止部を除去したテストピースPaについて、有限要素法による解析が可能な構造解析ソフトであるANSYS(ANSYS,Inc.社製)によって、モデル作成する。また、構造解析ソフト上におけるモデル作成に際し、要素分割数は、特開2005-242679号公報の0030段落の記載を参照し、隔壁の厚さ方向の要素分割数を2以上とし、隔壁の交差曲面部の要素分割数を2以上とする。 Next, using the measured value of the breaking load of the test piece P a and the value of the Young's modulus of the plugging material in the plugged portion, analysis was performed using the finite element method, and the cells near the plugged portion were analyzed. Obtain the estimated value L a of the fracture stress of the constituent partition walls. As a specific procedure for analysis using the finite element method, first, the test piece P a from which the plugged portions have been removed is analyzed using ANSYS (manufactured by ANSYS, Inc.), which is a structural analysis software that can perform analysis using the finite element method. ) to create a model. In addition, when creating a model on structural analysis software, the number of element divisions should be 2 or more in the thickness direction of the partition wall, with reference to the description in paragraph 0030 of JP 2005-242679A, and the number of element divisions should be 2 or more in the thickness direction of the partition wall. The number of element divisions of the section is 2 or more.

次に、解析を行うにあたって、ハニカム基材の隔壁及び目封止材のポアソン比、ヤング率を設定する。その後、曲げ試験方法を模擬して、支持ピンにZ軸方向の拘束をかけ、荷重ピンの位置に曲げ試験方法で得た破壊荷重をZ軸方向に加え、解析を実施する。そして、解析結果から、目封止部近傍のセルを構成する隔壁に発生している最大応力を破壊応力の推定値Laとする。
上記解析結果で得られた破壊応力の推定値Laは、従来の目封止材を設けていないハニカム基材での物性値に基づいて解析して求めた破壊応力の値と異なるものであった。
Next, in performing the analysis, the Poisson's ratio and Young's modulus of the partition walls of the honeycomb base material and the plugging material are set. Then, by simulating the bending test method, the support pins are restrained in the Z-axis direction, and the breaking load obtained by the bending test method is applied to the load pin position in the Z-axis direction, and analysis is performed. Then, from the analysis results, the maximum stress occurring in the partition walls constituting the cells in the vicinity of the plugged portions is set as the estimated value L a of the breaking stress.
The estimated value of fracture stress L a obtained from the above analysis results is different from the value of fracture stress obtained by analysis based on the physical property values of a honeycomb base material without conventional plugging material. Ta.

(3.ハニカム構造体の目封止部の目封止材のヤング率の解析)
上述のハニカム構造体を再度準備する。次に、当該ハニカム構造体の目封止部を有する端面から、一部に目封止部を有するセルを含むテスト領域を指定して、ダイヤモンドカッターで切り出して、テストピースPbとする。テストピースPbはテストピースPaと同じ大きさとする。続いて、テストピースPbに対し、本上述の曲げ試験と同様の曲げ試験を行い、テストピースPbの破壊荷重の実測値を得る。
(3. Analysis of Young's modulus of the plugging material of the plugged portion of the honeycomb structure)
The above honeycomb structure is prepared again. Next, from the end face of the honeycomb structure having the plugged portions, a test region including cells that partially have plugged portions is designated and cut out with a diamond cutter to obtain a test piece P b . Test piece P b has the same size as test piece P a . Subsequently, a bending test similar to the above-described bending test is performed on the test piece P b to obtain an actual value of the breaking load of the test piece P b .

次に、テストピースPbの破壊荷重の実測値と、複数設定した目封止部の目封止材のヤング率の値とを用いて、有限要素法による解析を行い、図6に示す、推定破壊応力-目封止材のヤング率のグラフを作成する。 Next, using the measured value of the breaking load of the test piece P b and the value of the Young's modulus of the plugging material of the plurality of plugged parts, an analysis was performed using the finite element method, and the result was as shown in FIG. 6. Create a graph of estimated fracture stress vs. Young's modulus of plugging material.

当該有限要素法による解析の具体的な手順としては、上述の「ハニカム構造体の破壊応力の解析」における有限要素法による解析で用いたものと同様の構造解析ソフトを用い、同様の手順に従う。なお、目封止部の要素分割については、特開2005-242679号公報の0030段落の記載を参照し、さらに、隔壁内の目封止領域1、及び、セルを塞ぐ目封止領域2に分ける。隔壁の厚さ方向の要素分割数を2以上とし、隔壁の交差曲面部の要素分割数を2以上とする。そして、解析結果から、目封止部近傍のセルを構成する隔壁に発生している最大応力を推定破壊応力とする。目封止材のヤング率を複数設定し、同様の解析を繰り返して推定破壊応力を求めてプロットすることにより、図6に示す推定破壊応力-目封止材のヤング率のグラフを作成する。 The specific procedure for the analysis using the finite element method is to use the same structural analysis software as that used in the analysis using the finite element method in the above-mentioned "analysis of fracture stress of a honeycomb structure," and to follow the same procedure. Regarding the element division of the plugging portion, refer to the description in paragraph 0030 of JP-A No. 2005-242679. Separate. The number of element divisions in the thickness direction of the partition wall is two or more, and the number of element divisions in the intersecting curved surface portion of the partition wall is two or more. Then, from the analysis results, the maximum stress occurring in the partition walls constituting the cells near the plugged portions is set as the estimated breaking stress. By setting a plurality of Young's modulus of the plugging material and repeating the same analysis to obtain and plot the estimated breaking stress, a graph of estimated breaking stress vs. Young's modulus of the plugging material shown in FIG. 6 is created.

次に、図6に示す推定破壊応力-目封止材のヤング率のグラフにおいて、破壊応力の推定値Laが、推定破壊応力と一致するときの、目封止部の目封止材のヤング率Ybを得る。
上記解析結果で得られた目封止部の目封止材のヤング率Ybは、従来の目封止材のみを固めたバルク体での物性値に基づいて解析して求めたヤング率の値と異なるものであった。
Next, in the graph of estimated breaking stress vs. Young's modulus of plugging material shown in FIG. 6, when the estimated value L a of breaking stress matches the estimated breaking stress, Obtain Young's modulus Y b .
The Young's modulus Y b of the plugging material in the plugged portion obtained from the above analysis results is the Young's modulus Y b obtained by analysis based on the physical property values of a bulk body made by solidifying only the conventional plugging material. It was different from the value.

(4.ハニカム構造体の端面の応力の解析)
得られた目封止部の目封止材のヤング率Ybに加えて、隔壁のヤング率、ハニカム構造体の隔壁の熱膨張係数、及び、目封止部の目封止材の熱膨張係数を用いて、有限要素法による解析を行い、ハニカム構造体の端面の応力を推定する。当該ハニカム構造体の端面の応力は、ハニカム構造体が1000℃の高温に曝された状態を、有限要素法により解析する。
(4. Analysis of stress on end face of honeycomb structure)
In addition to the Young's modulus Y b of the plugging material in the plugged portions obtained, the Young's modulus of the partition walls, the coefficient of thermal expansion of the partition walls of the honeycomb structure, and the thermal expansion of the plugging material in the plugged portions. Using the coefficients, perform analysis using the finite element method to estimate the stress at the end face of the honeycomb structure. The stress on the end face of the honeycomb structure is analyzed using the finite element method when the honeycomb structure is exposed to a high temperature of 1000°C.

当該有限要素法による解析の具体的な手順としては、まず、ハニカム基材全体について、上述の「ハニカム構造体の破壊応力の解析」における有限要素法による解析で用いたものと同様の構造解析ソフトを用いてモデル作成する。ハニカム基材全体の有限要素モデルは、それぞれ同形となるように、1/4に分割した部分的な有限要素モデルとする。 The specific steps for analysis using the finite element method are as follows: First, for the entire honeycomb base material, use the same structural analysis software as that used in the finite element method analysis in "Analysis of fracture stress in honeycomb structures" mentioned above. Create a model using The finite element model of the entire honeycomb base material is a partial finite element model divided into quarters so that each part has the same shape.

次に、ハニカム基材の隔壁及び目封止材のポアソン比、隔壁のヤング率、目封止部の目封止材のヤング率Yb、熱膨張係数を設定し、ハニカム構造体の温度分布を設定して、有限要素解析を行って応力を計算し、ハニカム構造体の端面の最大主応力を求める。ハニカム構造体の温度分布の設定としては、実際の使用条件の温度分布データから、モデル(有限要素モデル)の各節点へ温度を与える。有限要素解析によりハニカム構造体の端面の最大主応力を求める方法は、特開2005-242679号公報に記載の方法に準じて求める。 Next, the Poisson's ratio of the partition walls and the plugging material of the honeycomb base material, the Young's modulus of the partition wall, the Young's modulus Y b of the plugging material of the plugged portion, and the coefficient of thermal expansion are set, and the temperature distribution of the honeycomb structure is , perform finite element analysis to calculate stress, and find the maximum principal stress at the end face of the honeycomb structure. To set the temperature distribution of the honeycomb structure, temperatures are given to each node of the model (finite element model) from temperature distribution data under actual usage conditions. The maximum principal stress of the end face of the honeycomb structure is determined by finite element analysis in accordance with the method described in JP-A No. 2005-242679.

10 ハニカム構造体
11 外周壁
12 隔壁
15 セル
16、26 テスト領域
19 目封止部
21 圧子
22 支持台
10 Honeycomb structure 11 Peripheral wall 12 Partition wall 15 Cells 16, 26 Test area 19 Plugging portion 21 Indenter 22 Support stand

Claims (3)

一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁と、所定の前記セルの前記一方の端面側の開口端部及び残余の前記セルの前記他方の端面側の開口端部を目封止する目封止部と、を有する、柱状のハニカム構造体の破壊応力の解析方法であって、前記解析方法が、
前記目封止部を有する端面から、一部に前記目封止部を有するセルを含む、所定の大きさのテスト領域を指定する工程と、
前記テスト領域において、以下の(a)または(b)を実施する工程と、
(a)前記テスト領域から、1セル当たり、それぞれ前記目封止部を80体積%以上除去し、続いて、前記テスト領域を切り出してテストピースPaとする、
(b)前記テスト領域を切り出し、続いて、切り出した対象物から、1セル当たり、それぞれ前記目封止部を80体積%以上除去してテストピースPaとする、
前記目封止部を除去したテストピースPaに対し、所定の曲げ試験を行い、前記テストピースPaの破壊荷重の実測値を得る工程と、
前記テストピースPaの破壊荷重の実測値と、任意に設定した前記目封止部の目封止材のヤング率の値と、を用いて、有限要素法による解析を行い、前記目封止部近傍のセルを構成する隔壁の破壊応力の推定値Laを得る工程と、
を備えたハニカム構造体の破壊応力の解析方法。
A partition wall that partitions a plurality of cells penetrating from one end face to the other end face to form a flow path, and an open end on the one end face side of a predetermined cell and the other end face of the remaining cells. A method for analyzing fracture stress of a columnar honeycomb structure, the method comprising: a plugging portion for plugging a side opening end;
specifying a test area of a predetermined size that partially includes cells having the plugged portions from the end face having the plugged portions;
In the test area, performing the following (a) or (b);
(a) removing 80% or more of the plugging portion from each cell from the test area, and then cutting out the test area to form a test piece P a ;
(b) Cutting out the test region, and then removing 80% or more of the plugged portions per cell from the cut out object to obtain a test piece P a ;
performing a predetermined bending test on the test piece P a from which the plugged portions have been removed, and obtaining an actual value of the breaking load of the test piece P a ;
Using the measured value of the breaking load of the test piece P a and the arbitrarily set value of the Young's modulus of the plugging material of the plugged portion, analysis was performed using the finite element method, and the plugging obtaining an estimated value L a of the fracture stress of the partition wall constituting the cell near the cell;
A method for analyzing the fracture stress of a honeycomb structure with
請求項1に記載の方法によって、前記目封止部近傍のセルを構成する隔壁の破壊応力の推定値Laを得る工程と、
請求項1に記載のハニカム構造体において、前記目封止部を有する端面から、一部に前記目封止部を有するセルを含む、前記テスト領域と同じ大きさの領域を指定して切り出して、テストピースPbとする工程と、
前記テストピースPbに対し、請求項1に記載の曲げ試験と同様の曲げ試験を行い、前記テストピースPbの破壊荷重の実測値を得る工程と、
前記テストピースPbの破壊荷重の実測値と、複数設定した前記目封止部の目封止材のヤング率の値と、を用いて、有限要素法による解析を行い、推定破壊応力-目封止材のヤング率のグラフを作成する工程と、
前記推定破壊応力-目封止材のヤング率のグラフにおいて、前記破壊応力の推定値Laが、前記推定破壊応力と一致するときの、前記目封止部の目封止材のヤング率Ybを得る工程と、
を備えたハニカム構造体の目封止部の目封止材のヤング率の解析方法。
obtaining an estimated value L a of the fracture stress of a partition wall constituting a cell near the plugged portion by the method according to claim 1;
In the honeycomb structure according to claim 1, an area having the same size as the test area, which partially includes cells having the plugged parts, is specified and cut out from the end face having the plugged parts. , a step of forming a test piece P b ;
A step of performing a bending test similar to the bending test according to claim 1 on the test piece P b to obtain a measured value of the breaking load of the test piece P b ;
Using the measured value of the fracture load of the test piece P b and the value of the Young's modulus of the plugging material of the plurality of plugged parts, an analysis is performed using the finite element method, and the estimated fracture stress - eye a step of creating a graph of Young's modulus of the encapsulant;
In the graph of the estimated breaking stress vs. Young's modulus of the plugging material, the Young's modulus Y of the plugging material of the plugged portion when the estimated value L a of the breaking stress matches the estimated breaking stress. a step of obtaining b ;
A method for analyzing the Young's modulus of a plugging material in the plugged parts of a honeycomb structure.
請求項2に記載の方法によって、前記目封止部の目封止材のヤング率Ybを得る工程と、
前記目封止部の目封止材のヤング率Yb、前記隔壁のヤング率、前記ハニカム構造体の前記隔壁の熱膨張係数、及び、前記目封止部の目封止材の熱膨張係数を用いて有限要素法による解析を行い、ハニカム構造体の端面の応力を推定する工程と、
を備えたハニカム構造体の端面の応力の解析方法。
Obtaining Young's modulus Y b of the plugging material of the plugging portion by the method according to claim 2;
Young's modulus Y b of the plugging material of the plugged portions, Young's modulus of the partition walls, thermal expansion coefficient of the partition walls of the honeycomb structure, and thermal expansion coefficient of the plugging material of the plugged portions. A process of performing analysis using the finite element method and estimating the stress on the end face of the honeycomb structure,
A method for analyzing stress on the end face of a honeycomb structure with
JP2020061305A 2020-03-30 2020-03-30 A method for analyzing the fracture stress of a honeycomb structure, a method for analyzing the Young's modulus of the plugging material of the plugged portion of the honeycomb structure, and a method for analyzing the stress on the end face of the honeycomb structure. Active JP7348127B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020061305A JP7348127B2 (en) 2020-03-30 2020-03-30 A method for analyzing the fracture stress of a honeycomb structure, a method for analyzing the Young's modulus of the plugging material of the plugged portion of the honeycomb structure, and a method for analyzing the stress on the end face of the honeycomb structure.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020061305A JP7348127B2 (en) 2020-03-30 2020-03-30 A method for analyzing the fracture stress of a honeycomb structure, a method for analyzing the Young's modulus of the plugging material of the plugged portion of the honeycomb structure, and a method for analyzing the stress on the end face of the honeycomb structure.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021162920A JP2021162920A (en) 2021-10-11
JP7348127B2 true JP7348127B2 (en) 2023-09-20

Family

ID=78003463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020061305A Active JP7348127B2 (en) 2020-03-30 2020-03-30 A method for analyzing the fracture stress of a honeycomb structure, a method for analyzing the Young's modulus of the plugging material of the plugged portion of the honeycomb structure, and a method for analyzing the stress on the end face of the honeycomb structure.

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7348127B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007102537A (en) 2005-10-05 2007-04-19 Toyota Motor Corp Modeling method of shock absorber and analysis method of shock absorber
JP4153885B2 (en) 2004-03-17 2008-09-24 大成建設株式会社 Dome structure
JP2016168582A (en) 2015-03-16 2016-09-23 日本碍子株式会社 Honeycomb filter
CN110207921A (en) 2019-05-27 2019-09-06 中国飞机强度研究所 Manual simulation's method of composite material honeycomb sandwich structure impact injury
CN110321571A (en) 2018-03-29 2019-10-11 中国科学院沈阳自动化研究所 A kind of mechanics parameter numerical value extracting method of honeycomb plate and shell structure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4153885B2 (en) 2004-03-17 2008-09-24 大成建設株式会社 Dome structure
JP2007102537A (en) 2005-10-05 2007-04-19 Toyota Motor Corp Modeling method of shock absorber and analysis method of shock absorber
JP2016168582A (en) 2015-03-16 2016-09-23 日本碍子株式会社 Honeycomb filter
CN110321571A (en) 2018-03-29 2019-10-11 中国科学院沈阳自动化研究所 A kind of mechanics parameter numerical value extracting method of honeycomb plate and shell structure
CN110207921A (en) 2019-05-27 2019-09-06 中国飞机强度研究所 Manual simulation's method of composite material honeycomb sandwich structure impact injury

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
戸倉直 ほか,折紙工学の現状と課題 トラスコアパネルの製造法と強度特性,シミュレーション,日本,株式会社日鉄技術情報センター,2010年10月12日,第29巻, 第3号,pages 12-17

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021162920A (en) 2021-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5376805B2 (en) Honeycomb structure and honeycomb catalyst body
JP5877622B2 (en) Honeycomb structure
US7101601B2 (en) Exhaust gas purifying filter with reinforced peripheral area and method for manufacturing the same
JP4394408B2 (en) Method for sealing cells of honeycomb structure and method for manufacturing honeycomb sealing body
JP5375600B2 (en) Method for manufacturing ceramic honeycomb structure
US20150260067A1 (en) Plugged honeycomb structure and manufacturing method of the same
EP3070066A1 (en) Plugged honeycomb structure
EP2927673A1 (en) Microstructure analysis method, program for same, and microstructure analysis apparatus
JP6239306B2 (en) Honeycomb filter
EP2918567B1 (en) Plugged honeycomb structure
US7451067B2 (en) Method for analysis of cell structure, and cell structure
EP2133522A1 (en) Sealed honeycomb structure
EP2918565B1 (en) Plugged honeycomb structure
JP7348127B2 (en) A method for analyzing the fracture stress of a honeycomb structure, a method for analyzing the Young&#39;s modulus of the plugging material of the plugged portion of the honeycomb structure, and a method for analyzing the stress on the end face of the honeycomb structure.
JP4788497B2 (en) Hex honeycomb structure
KR20100014262A (en) Plugged honeycomb structure
US20050192784A1 (en) Method for analysis of cell structure, and cell structure
JP2005007218A (en) Ceramic honeycomb structure body and metal mold for ceramic honeycomb structure body
JP2017159197A (en) Honeycomb structure
JP2017171565A (en) Honeycomb structure
JP6964616B2 (en) Method for estimating the characteristics of fired ceramics
JP2008058116A (en) Inspection method and inspection device for plugged honeycomb structure
CN113376351B (en) Method for inspecting columnar honeycomb molded body before or after firing
JP4825256B2 (en) Slurry discharge apparatus and slurry discharge method
JP2015182006A (en) honeycomb structure

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221018

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230816

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230824

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230907

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7348127

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150