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前言
計算機輔助工程(CAE)技術(shù)是計算機技術(shù)和工程分析技術(shù)相結(jié)合形成的新興技術(shù)。CAE軟件是由計算力學(xué)、計算數(shù)學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、數(shù)字仿真技術(shù)、工程管理學(xué)與計算機技術(shù)相結(jié)合,而形成一種綜合性、知識密集型信息產(chǎn)品。CAE的核心技術(shù)是有限元理論和數(shù)字計算方法。CAE的現(xiàn)狀和趨勢證明傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要,CAE技術(shù)已經(jīng)成為整個設(shè)計過程的一部分,并發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過仿真分析具有成本低、周期短的優(yōu)勢,可以在實際產(chǎn)品制造前對設(shè)計方案做出預(yù)判,并為設(shè)計改進提供有效的信息,仿真分析提供了有益探討和借鑒,制造功能性產(chǎn)品的CAE系統(tǒng),分析了影響產(chǎn)品精度的因素,提出了用非線性有限元分析中主要成型階段的精度,采用模式識別理論、誤差理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法處理誤差反饋問題,進行誤差補償修正和加工精度的預(yù)報,提高最終產(chǎn)品質(zhì)量的方法。
由于橡膠特殊的性能被應(yīng)用于各行各業(yè)起著重要作用,對橡膠制品進行有限元分析有著重要的意義。設(shè)計上涉及到固體力學(xué)、摩擦學(xué)、高分子材料（詞條“高分子材料”由行業(yè)大百科提供）科學(xué)、液體侵蝕以及機械制造工藝等多方面的理論知識,安裝和使用中的變形及密封界面上接觸應(yīng)力的精確研究,在理論上存在較大的困難。有限元模型,對其安裝和使用過程中的接觸變形、接觸寬度上的接觸應(yīng)力分布等進行了分析,從而為進一步可靠設(shè)計、優(yōu)化橡膠密封件提供了理論依據(jù)。橡膠材料承受大的變形、應(yīng)力應(yīng)變非線性行為、粘彈性行為和不可壓縮性,對其分析需要特殊的材料模型和有限元工具。對橡膠非線性材料的超彈性模型、基礎(chǔ)實驗、橡膠非線性有限元理論進行了研究。通過對橡膠制品的各個方面的有限元分析,有助于增加產(chǎn)品和工程的可靠性;在產(chǎn)品的設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)潛在的問題;經(jīng)過分析計算,采用優(yōu)化設(shè)計方案。
密封膠條是門窗配件中技術(shù)含量較高的密封零部件,解決門窗噪音、灰塵、漏水、過早老化和脫落等問題的困擾,為人們提供一個美觀、環(huán)保、舒適的生活及辦公環(huán)境的需求增強,使得我們行業(yè)內(nèi)對密封膠條研究越來越重視。密封膠條（詞條“膠條”由行業(yè)大百科提供）具有優(yōu)異的耐陽光紫外線老化、耐臭氧老化、耐高低溫老化的抗劣化性,優(yōu)異的耐高低溫和防雨水性能,同時還要有低的壓縮永久變形、回彈力及蠕變性等性能。制造業(yè)的生命力在于創(chuàng)新,而實現(xiàn)創(chuàng)新的關(guān)鍵,除了設(shè)計思想和概念之外,最重要的就是技術(shù)能力的保障,CAE的出現(xiàn)和發(fā)展改變了以往產(chǎn)品的設(shè)計步驟。
一、CAE依據(jù)密封膠條多元化的設(shè)計要點及產(chǎn)品特性
橡膠密封膠（詞條“橡膠密封膠”由行業(yè)大百科提供）條已成為門窗密封的重要零部件,密封膠條繼續(xù)朝著美觀化的方向發(fā)展,提高裝飾性。可視部分的彩色化、外覆織物、表面涂飾、外層光亮飾條等,并與內(nèi)飾件相互匹配,將成為新的時尚。復(fù)合型密封膠條更要得到進一步普及性,從雙復(fù)合走向三和四復(fù)合,材料多樣化、性能功能化。從技術(shù)角度看,門窗承擔(dān)了水密性、氣密性（詞條“氣密性”由行業(yè)大百科提供）、抗風(fēng)壓、機械力學(xué)強度、隔熱（詞條“隔熱”由行業(yè)大百科提供）、隔音、防盜、遮陽、耐候性、安裝操作手感等一系列重要的功能。在應(yīng)用中關(guān)注特殊產(chǎn)品的使用設(shè)計要求及多元化產(chǎn)品選用。
a) 門窗密封膠條推拉產(chǎn)品:在解決我們推拉門窗低摩擦和耐久低磨耗,提高氣密、水密性能的方向考慮,傳統(tǒng)的植絨工藝可分為在線植絨和離線植絨,通常采用纖度在3~4D的聚酯纖維和錦綸纖維,顏色以黑色居多。植絨或噴涂主要應(yīng)用在推拉門窗和陽光房電動滑窗上,降低推拉摩擦的噪音和磨損（詞條“磨損”由行業(yè)大百科提供）,部分產(chǎn)品表面常常要涂覆、嘖涂、化學(xué)改性和靜電植絨,因此,密封膠條復(fù)合材料（詞條“復(fù)合材料”由行業(yè)大百科提供）層之間的粘著效果是不可忽視的條件,決定著密封膠條外觀質(zhì)量和使用耐久性。
b) 密封膠條通用產(chǎn)品:密封膠條的通用特性既是密封材料又是減震、緩沖材料,對于外露密封膠條又是裝飾材料（詞條“裝飾材料”由行業(yè)大百科提供）,大多兼具三種功能的作用,不僅氣密水封,還要減噪隔音、舒適美觀,不準(zhǔn)有任何異味和污染性,不能變色、噴霜、腐蝕和銹化。要求多種配合和較高的硫化技術(shù),不僅有實心膠不同硬度的調(diào)節(jié),硬質(zhì)膠的配合,還有海綿發(fā)泡大小的掌握,尤其是它們之間牢固的粘著。此外,還有TPE、PVC等熱塑性彈性體和塑料的配制方法。
c) 密封膠條阻燃產(chǎn)品:密封膠條要有環(huán)保性,除了生產(chǎn)的節(jié)能之外,還要有使用時的阻燃性。
d) 密封膠條夾線產(chǎn)品:密封膠條要滿足精細的膠條尺寸精度,還要有防止安裝時伸長的缺陷,為防止工人安裝時將膠條拉伸長也可選擇夾線膠條。
二：CAE仿真分析在門窗密封膠條產(chǎn)品特性設(shè)計中的應(yīng)用
通過掌握有限元分析來完善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計,CAE(Computer Aided Engineering)是指用計算機輔助求解復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)強度、剛度、屈曲（詞條“屈曲”由行業(yè)大百科提供）穩(wěn)定性、動力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計等問題的一種近似數(shù)值分析方法隨著CAE技術(shù)的介入,技術(shù)需求對提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、節(jié)約開發(fā)和生產(chǎn)成本具有十分重要的意義。門窗密封條的開發(fā)周期及成本會不斷的降低,會更好更快的為各個門窗系統(tǒng)設(shè)計出最佳密封效果。同時出現(xiàn)的問題,可以通過理論聯(lián)系實際更快速,更低成本的做出整改。例如某結(jié)構(gòu)整窗在拐角處唇邊容易起皺,密封性能不理想。現(xiàn)場測試后用CAE模擬和分析密封條彎曲（詞條“彎曲”由行業(yè)大百科提供）狀態(tài),分析和模擬結(jié)果與實際情況非常一致,即密封條在拐角處出現(xiàn)非常明顯的起皺現(xiàn)象。為此,將來運用CAE優(yōu)化密封膠條結(jié)構(gòu)。安裝試驗表明,優(yōu)化結(jié)構(gòu)對密封膠條不起皺,更好的提高密封性能。通過經(jīng)驗積累掌握密封膠條的設(shè)計原則及規(guī)范,實現(xiàn)密封膠條要求必須具備的功能:連接性、密封性和裝飾性,隨著具備的環(huán)保性、舒適性、安全性、美觀性的要求越來越高,對以往的功能的要求也在不斷地提高,我們也通過CAE分析模擬在風(fēng)壓逐步加大來調(diào)整密封膠條斷面力學(xué)結(jié)構(gòu)更加完善。行業(yè)同仁需關(guān)注密封膠條的應(yīng)用材料、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝及技術(shù)等方面來分析、研究密封膠條行業(yè)的發(fā)展趨勢。
密封膠條仿真分析在設(shè)計中從最初單純的零部件二維仿真分析發(fā)展到了在各個產(chǎn)品與密封膠條設(shè)計相關(guān)鄰域的廣泛應(yīng)用。目前常用的商業(yè)仿真計算分析軟件有ABQUS,MARC,POLYFLOW等,這些軟件不僅能幫助工程技術(shù)人員進行壓縮變形、安裝變形等主要產(chǎn)品性能的計算,還可以對安裝效果、安裝難度進行可視化分析,與傳統(tǒng)的調(diào)試法相比,仿真分析的密封膠條設(shè)計具有時間短、費用少、效率高的特點。在設(shè)計方面可以用于根據(jù)設(shè)計進行改進產(chǎn)品的壓縮負荷、插入力、拔出力、滑動阻力,并且可解決唇邊起皺、安裝困難、搭接等三維結(jié)構(gòu)問題。在裝配工藝方面可以根據(jù)實際裝配的邊界條件,對過程仿真分析以確定設(shè)計方案是否存在影響裝配質(zhì)量和裝配效率的問題區(qū)域,并對其進行優(yōu)化。
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