前言
计算机辅助工程(CAE)技术是计算机技术和工程分析技术相结合形成的新兴技术。CAE软件是由计算力学、计算数学、结构动力学、数字仿真技术、工程管理学与计算机技术相结合,而形成一种综合性、知识密集型信息产品。CAE的核心技术是有限元理论和数字计算方法。CAE的现状和趋势证明传统的产品设计模式已经不能满足现代生产的需要,CAE技术已经成为整个设计过程的一部分,并发挥着关键作用。通过仿真分析具有成本低、周期短的优势,可以在实际产品制造前对设计方案做出预判,并为设计改进提供有效的信息,仿真分析提供了有益探讨和借鉴,制造功能性产品的CAE系统,分析了影响产品精度的因素,提出了用非线性有限元分析中主要成型阶段的精度,采用模式识别理论、误差理论、神经网络方法处理误差反馈问题,进行误差补偿修正和加工精度的预报,提高最终产品质量的方法。
由于橡胶特殊的性能被应用于各行各业起着重要作用,对橡胶制品进行有限元分析有着重要的意义。设计上涉及到固体力学、摩擦学、高分子材料科学、液体侵蚀以及机械制造（词条“机械制造”由行业大百科提供）工艺等多方面的理论知识,安装和使用中的变形及密封界面上接触应力（词条“应力”由行业大百科提供）的精确研究,在理论上存在较大的困难。有限元模型,对其安装和使用过程中的接触变形、接触宽度上的接触应力分布等进行了分析,从而为进一步可靠设计、优化橡胶密封件提供了理论依据。橡胶材料承受大的变形、应力应变非线性行为、粘弹性行为和不可压缩性,对其分析需要特殊的材料模型和有限元工具。对橡胶非线性材料的超弹性模型、基础实验、橡胶非线性有限元理论进行了研究。通过对橡胶制品的各个方面的有限元分析,有助于增加产品和工程的可靠性;在产品的设计阶段发现潜在的问题;经过分析计算,采用优化设计方案。
密封胶条是门窗配件中技术含量较高的密封零部件,解决门窗噪音、灰尘、漏水、过早老化和脱落等问题的困扰,为人们提供一个美观、环保、舒适的生活及办公环境的需求增强,使得我们行业内对密封胶条研究越来越重视。密封胶条具有优异的耐阳光紫外线老化、耐臭氧老化、耐高低温老化的抗劣化性,优异的耐高低温和防雨水性能,同时还要有低的压缩永久变形、回弹力及蠕变性等性能。制造业的生命力在于创新,而实现创新的关键,除了设计思想和概念之外,最重要的就是技术能力的保障,CAE的出现和发展改变了以往产品的设计步骤。
一、CAE依据密封胶条多元化的设计要点及产品特性
橡胶密封胶条已成为门窗密封的重要零部件,密封胶条继续朝着美观化的方向发展,提高装饰性。可视部分的彩色化、外覆织物、表面涂饰、外层光亮饰条等,并与内饰件相互匹配,将成为新的时尚。复合型密封胶条更要得到进一步普及性,从双复合走向三和四复合,材料多样化、性能功能化。从技术角度看,门窗承担了水密性、气密性、抗风压、机械力学强度、隔热、隔音、防盗、遮阳、耐候性、安装操作手感等一系列重要的功能。在应用中关注特殊产品的使用设计要求及多元化产品选用。
a) 门窗密封胶条推拉产品:在解决我们推拉门窗低摩擦和耐久低磨耗,提高气密、水密性能的方向考虑,传统的植绒工艺可分为在线植绒和离线植绒,通常采用纤度在3~4D的聚酯纤维和锦纶纤维,颜色以黑色居多。植绒或喷涂主要应用在推拉门窗和阳光房电动滑窗上,降低推拉摩擦的噪音和磨损,部分产品表面常常要涂覆、啧涂、化学改性和静电植绒,因此,密封胶条复合材料层之间的粘着效果是不可忽视的条件,决定着密封胶条外观质量和使用耐久性。
b) 密封胶条通用产品:密封胶条的通用特性既是密封材料又是减震、缓冲材料,对于外露密封胶条又是装饰材料,大多兼具三种功能的作用,不仅气密水封,还要减噪隔音、舒适美观,不准有任何异味和污染性,不能变色、喷霜、腐蚀和锈化。要求多种配合和较高的硫化技术,不仅有实心胶不同硬度（词条“硬度”由行业大百科提供）的调节,硬质胶的配合,还有海绵发泡（词条“发泡”由行业大百科提供）大小的掌握,尤其是它们之间牢固的粘着。此外,还有TPE、PVC（词条“PVC”由行业大百科提供）等热塑性弹性体和塑料的配制方法。
c) 密封胶条阻燃产品:密封胶条要有环保性,除了生产的节能之外,还要有使用时的阻燃性。
d) 密封胶条夹线产品:密封胶条要满足精细的胶条尺寸精度,还要有防止安装时伸长的缺陷,为防止工人安装时将胶条拉伸长也可选择夹线胶条。
二：CAE仿真分析在门窗密封胶条产品特性设计中的应用
通过掌握有限元分析来完善产品结构设计,CAE(Computer Aided Engineering)是指用计算机辅助求解复杂工程结构强度、刚度（词条“刚度”由行业大百科提供）、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法随着CAE技术的介入,技术需求对提高产品质量、缩短新产品开发周期、节约开发和生产成本具有十分重要的意义。门窗密封条的开发周期及成本会不断的降低,会更好更快的为各个门窗系统设计出最佳密封效果。同时出现的问题,可以通过理论联系实际更快速,更低成本的做出整改。例如某结构整窗在拐角处唇边容易起皱,密封性能不理想。现场测试后用CAE模拟和分析密封条（词条“密封条”由行业大百科提供）弯曲状态,分析和模拟结果与实际情况非常一致,即密封条在拐角处出现非常明显的起皱现象。为此,将来运用CAE优化密封胶条结构。安装试验表明,优化结构对密封胶条不起皱,更好的提高密封性能。通过经验积累掌握密封胶条的设计原则及规范,实现密封胶条要求必须具备的功能:连接性、密封性和装饰性,随着具备的环保性、舒适性、安全性、美观性的要求越来越高,对以往的功能的要求也在不断地提高,我们也通过CAE分析模拟在风压逐步加大来调整密封胶条断面力学结构更加完善。行业同仁需关注密封胶条的应用材料、产品结构、生产工艺及技术等方面来分析、研究密封胶条行业的发展趋势。
密封胶条仿真分析在设计中从最初单纯的零部件二维仿真分析发展到了在各个产品与密封胶条设计相关邻域的广泛应用。目前常用的商业仿真计算分析软件有ABQUS,MARC,POLYFLOW等,这些软件不仅能帮助工程技术人员进行压缩变形、安装变形等主要产品性能的计算,还可以对安装效果、安装难度进行可视化分析,与传统的调试法相比,仿真分析的密封胶条设计具有时间短、费用少、效率高的特点。在设计方面可以用于根据设计进行改进产品的压缩负荷、插入力、拔出力、滑动阻力,并且可解决唇边起皱、安装困难、搭接等三维结构问题。在装配工艺方面可以根据实际装配的边界条件,对过程仿真分析以确定设计方案是否存在影响装配质量和装配效率的问题区域,并对其进行优化。
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