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橡胶密封材料主要为三元乙丙橡胶,具有明显的非线性性质,属于非线性弹性体。为了实现其变形行为的仿真分析,必须首先对三元乙丙橡胶的材料性能进行研究。对于弹塑性分析和大位移分析可采用切线刚度法,密封胶条的变形行为及属于大位移分析,对于蠕变分析或热力分析或热应力分析可采用初应变法,密封胶条的弯曲变形则需要采用三维仿真来进行分析。以下是仿真分析在密封胶条中的典型应用案例:
图1中出现了小面积的红色区域,该区域的受力过大。
分析原因: 由于等压胶条的结构应力集中引起的,没根据型材完善。
改进方法: 调整设计结构优化,降低压缩负荷改进后的等压胶条结构CAE分析图(受力为4.5N)
上图中出现了小面积的红色区域,该区域的受力过大。
分析原因: 这是由于玻内侧密封胶条的厚度太厚引起的,设计时没有跟型材调试。
改进方法: 减小玻内侧密封胶条的厚度
建筑用密封条是门窗密封的核心部分,它对门窗的密封性能、防水性能、隔热性能、门窗启闭力等有着举足轻重的影响。因此,建筑用密封条设计的优劣将直接影响到最终的门窗品质。
传统的密封条结构设计与改进往往依赖于工程设计人员的经验与反复安装的验证,开发费用高、开发周期长,基于有限元方法的仿真分析的运用,发展迅猛。相对于传统的调试法的设计方法,它具有开发成本低、开发周期短的优势。由于可以在实际密封条生产前就对一些可能产生问题的设计方案做出预判,并为设计改进提供有效的信息数据,因此将成为建筑用密封条结构设计的主流方法。
通过以上几种数据分析结果我们可以得到以下信息:
1.密封胶条在变形过程中的应力分布和应力集中情况
2.密封胶条在设定压缩距离下的压缩负荷数值
3.密封胶条在设定安装力距离下的插拔力数值
4.密封胶条在设定加载情况下的弯曲变形数值
5.密封胶条变形过程的动态动画
上表1中最佳的压缩量在0.489mm，密封胶条受力3.45N;最佳压缩量1.493,密封胶条受力4.77N。
以上信息,可以定量化地判定产品设计方案是否满足设计要求,对于不合格的设计方案,可结合变形过程动画和计算变形网格图来对原设计方案进行改良,从而得出最终的设计方案,提高了产品设计中的功能性和装配性能。发现产品在启闭过程中唇边应力和拐点之间的受力变化,针对这两个主要原因,更改方案在唇边与支撑点的结合处进行了弱化处理,并且可对应力拐点位置做出调整,以确保应力拐点向唇边端部移动,减少厚度较大的唇边根部应力集中,满足产品设计要求。通过行业产品技术提升系统门窗在设计上必须通过密封胶条的技术创新达到更好的气密,水密,隔音,隔热,抗风压。同时,门窗及配套件行业企业的技术发展要基于统一技术标准下的产品差异化,构成企业的核心竞争优势,同时也给市场提供更多更新的选择,创新与差异化一方面是针对门窗的最终用户,侧重于产品的舒适度、人性化、安全性和智能化,另一方面是针对门窗制造商,侧重于安装的便利性、提高安装效率、降低采购与管理成本,从而提升门窗企业的竞争力。将有限元分析技术逐渐由传统的分析和校核扩展到优化设计,并与计算机辅助设计和辅助制造密切结合,形成了现在CAE技术的框架。
结束语
通过收集国内外研究资料,分析我们目前多元化产品现状,对密封胶条变形行为仿真的基本理论较为系统的研究和分析,探讨了如何将仿真应用到我们的门窗密封胶条的结构设计提供了借鉴,产品的优劣将直接影响到整窗的品质。希望看到国内节能门窗的繁荣气象,盼望有更多正确的观念和技术能导入市场。促进密封胶条的总体水平与国际同行业相比差距的减小。为人类和社会提供一个舒适的室内环境,CAE技术是密封胶条技术发展和完善的一个新趋势,也是我们行业共同追求的目标。CAE技术的应用能够有效地改变设计思想和方法,提高设计能力和技术创新能力,随着软件使用能力的提高和熟练,以ANSYs为代表的CAE分析软件将会促进我国计算机辅助工程技术的发展。
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