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橡膠密封材料主要為三元乙丙橡膠,具有明顯的非線性性質(zhì),屬于非線性彈性體。為了實現(xiàn)其變形行為的仿真分析,必須首先對三元乙丙橡膠的材料性能進行研究。對于彈塑性分析和大位移分析可采用切線剛度法,密封膠條的變形行為及屬于大位移分析,對于蠕變分析或熱力分析或熱應(yīng)力分析可采用初應(yīng)變法,密封膠條的彎曲變形則需要采用三維仿真來進行分析。以下是仿真分析在密封膠條中的典型應(yīng)用案例:
圖1中出現(xiàn)了小面積的紅色區(qū)域,該區(qū)域的受力過大。
分析原因: 由于等壓膠條的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中引起的,沒根據(jù)型材完善。
改進方法: 調(diào)整設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化,降低壓縮負荷改進后的等壓膠條結(jié)構(gòu)CAE分析圖(受力為4.5N)
上圖中出現(xiàn)了小面積的紅色區(qū)域,該區(qū)域的受力過大。
分析原因: 這是由于玻內(nèi)側(cè)密封膠條的厚度太厚引起的,設(shè)計時沒有跟型材調(diào)試。
改進方法: 減小玻內(nèi)側(cè)密封膠條的厚度
建筑用密封條是門窗密封的核心部分,它對門窗的密封性能、防水性能、隔熱性能、門窗啟閉力等有著舉足輕重的影響。因此,建筑用密封條設(shè)計的優(yōu)劣將直接影響到最終的門窗品質(zhì)。
傳統(tǒng)的密封條結(jié)構(gòu)設(shè)計與改進往往依賴于工程設(shè)計人員的經(jīng)驗與反復(fù)安裝的驗證,開發(fā)費用高、開發(fā)周期長,基于有限元方法的仿真分析的運用,發(fā)展迅猛。相對于傳統(tǒng)的調(diào)試法的設(shè)計方法,它具有開發(fā)成本低、開發(fā)周期短的優(yōu)勢。由于可以在實際密封條生產(chǎn)前就對一些可能產(chǎn)生問題的設(shè)計方案做出預(yù)判,并為設(shè)計改進提供有效的信息數(shù)據(jù),因此將成為建筑用密封條結(jié)構(gòu)設(shè)計的主流方法。
通過以上幾種數(shù)據(jù)分析結(jié)果我們可以得到以下信息:
1.密封膠條在變形過程中的應(yīng)力分布和應(yīng)力集中情況
2.密封膠條在設(shè)定壓縮距離下的壓縮負荷數(shù)值
3.密封膠條在設(shè)定安裝力距離下的插拔力數(shù)值
4.密封膠條在設(shè)定加載情況下的彎曲變形數(shù)值
5.密封膠條變形過程的動態(tài)動畫
上表1中最佳的壓縮量在0.489mm，密封膠條受力3.45N;最佳壓縮量1.493,密封膠條受力4.77N。
以上信息,可以定量化地判定產(chǎn)品設(shè)計方案是否滿足設(shè)計要求,對于不合格的設(shè)計方案,可結(jié)合變形過程動畫和計算變形網(wǎng)格圖來對原設(shè)計方案進行改良,從而得出最終的設(shè)計方案,提高了產(chǎn)品設(shè)計中的功能性和裝配性能。發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在啟閉過程中唇邊應(yīng)力和拐點之間的受力變化,針對這兩個主要原因,更改方案在唇邊與支撐點的結(jié)合處進行了弱化處理,并且可對應(yīng)力拐點位置做出調(diào)整,以確保應(yīng)力拐點向唇邊端部移動,減少厚度較大的唇邊根部應(yīng)力集中,滿足產(chǎn)品設(shè)計要求。通過行業(yè)產(chǎn)品技術(shù)提升系統(tǒng)門窗在設(shè)計上必須通過密封膠條的技術(shù)創(chuàng)新達到更好的氣密,水密,隔音,隔熱,抗風(fēng)壓。同時,門窗及配套件行業(yè)企業(yè)的技術(shù)發(fā)展要基于統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下的產(chǎn)品差異化,構(gòu)成企業(yè)的核心競爭優(yōu)勢,同時也給市場提供更多更新的選擇,創(chuàng)新與差異化一方面是針對門窗的最終用戶,側(cè)重于產(chǎn)品的舒適度、人性化、安全性和智能化,另一方面是針對門窗制造商,側(cè)重于安裝的便利性、提高安裝效率、降低采購與管理成本,從而提升門窗企業(yè)的競爭力。將有限元分析技術(shù)逐漸由傳統(tǒng)的分析和校核擴展到優(yōu)化設(shè)計,并與計算機輔助設(shè)計和輔助制造密切結(jié)合,形成了現(xiàn)在CAE技術(shù)的框架。
結(jié)束語
通過收集國內(nèi)外研究資料,分析我們目前多元化產(chǎn)品現(xiàn)狀,對密封膠條變形行為仿真的基本理論較為系統(tǒng)的研究和分析,探討了如何將仿真應(yīng)用到我們的門窗密封膠條的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了借鑒,產(chǎn)品的優(yōu)劣將直接影響到整窗的品質(zhì)。希望看到國內(nèi)節(jié)能門窗的繁榮氣象,盼望有更多正確的觀念和技術(shù)能導(dǎo)入市場。促進密封膠條的總體水平與國際同行業(yè)相比差距的減小。為人類和社會提供一個舒適的室內(nèi)環(huán)境,CAE技術(shù)是密封膠條技術(shù)發(fā)展和完善的一個新趨勢,也是我們行業(yè)共同追求的目標(biāo)。CAE技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地改變設(shè)計思想和方法,提高設(shè)計能力和技術(shù)創(chuàng)新能力,隨著軟件使用能力的提高和熟練,以ANSYs為代表的CAE分析軟件將會促進我國計算機輔助工程技術(shù)的發(fā)展。
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