JP2023034074A - Simulation method between mold model and rubber model - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、金型モデルとゴムモデルとのシミュレーション方法に関する。 The present disclosure relates to a method of simulating a mold model and a rubber model.
従来から、ブレードが突設された加硫金型を用いてトレッドゴムにサイプを形成する技術が知られている。上記ブレードは、脱型時にトレッドゴムを損傷させるおそれがある。そこで、サイプ(ブレード)の形状をモデファイし、トレッドゴムの損傷を抑制する技術が検討されている(例えば、特許文献1参照)。 BACKGROUND ART Conventionally, there has been known a technique of forming sipes in tread rubber using a vulcanization mold having protruding blades. The blade may damage the tread rubber during demolding. Therefore, techniques for modifying the shape of the sipe (blade) to suppress damage to the tread rubber have been studied (see, for example, Patent Document 1).
近年、脱型時におけるトレッドゴムの損傷を予測する技術が要望されている。 In recent years, there has been a demand for a technique for predicting damage to tread rubber during demolding.
本開示は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、脱型時におけるゴムの損傷を精度よく予測できるシミュレーション方法を提供することを主たる目的としている。 The present disclosure has been devised in view of the actual situation as described above, and a main object of the present disclosure is to provide a simulation method capable of accurately predicting rubber damage during demolding.
本開示は、加硫金型で加硫された加硫済みのゴムを前記加硫金型から脱型する様子を模擬するためのシミュレーション方法であって、
コンピュータに、前記加硫金型及び前記ゴムをそれぞれ有限個の要素でモデリングした金型モデル及びゴムモデルを入力する第1ステップと、
前記金型モデルと前記ゴムモデルとの接触面に剥離応力を設定する第2ステップと、
前記コンピュータが、前記金型モデル及び前記ゴムモデルが前記接触面で固着している初期状態から、前記ゴムモデルを前記加硫金型に対して遠ざかるように相対的に移動させて、前記ゴムモデルの前記接触面での応力を計算する第3ステップと、
前記コンピュータが、前記剥離応力と、計算された前記ゴムモデルの前記応力とに基づいて前記接触面の固着状態を判定する第4ステップとを含む、
金型モデルとゴムモデルとのシミュレーション方法である。
The present disclosure is a simulation method for simulating how vulcanized rubber vulcanized in a vulcanization mold is removed from the vulcanization mold,
a first step of inputting a mold model and a rubber model obtained by modeling the vulcanization mold and the rubber with a finite number of elements, respectively, into a computer;
a second step of setting a peeling stress on the contact surface between the mold model and the rubber model;
The computer relatively moves the rubber model away from the vulcanization mold from an initial state in which the mold model and the rubber model are fixed at the contact surface, thereby moving the rubber model a third step of calculating the stress at the contact surface of
a fourth step in which the computer determines a sticking state of the contact surface based on the peel stress and the calculated stress of the rubber model;
This is a simulation method for a mold model and a rubber model.
本開示のシミュレーション方法によれば、前記第3ステップで、前記初期状態から前記ゴムモデルを移動させて前記接触面での前記応力を計算し、前記第4ステップで、前記剥離応力と前記応力とに基づいて前記接触面の前記固着状態を判定するので、前記接触面の前記固着状態が正確に再現される。これにより、脱型時におけるゴムの損傷を精度よく予測できるようになる。 According to the simulation method of the present disclosure, in the third step, the rubber model is moved from the initial state to calculate the stress on the contact surface, and in the fourth step, the peel stress and the stress are calculated. Since the sticking state of the contact surface is determined based on the above, the sticking state of the contact surface is accurately reproduced. This makes it possible to accurately predict damage to the rubber during demolding.
以下、本開示の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本実施形態のシミュレーション方法では、コンピュータを用いて、加硫金型で加硫された加硫済みのゴムを加硫金型から脱型する様子を模擬的に計算される。
An embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
In the simulation method of the present embodiment, a computer is used to simulate a state in which vulcanized rubber vulcanized in a vulcanization mold is removed from the vulcanization mold.
図1は、本実施形態のシミュレーション方法を実行するためのコンピュータの一例を示す斜視図である。コンピュータ1は、本体1a、キーボード1b、マウス1c及びディスプレイ装置1dを含んでいる。この本体1aには、例えば、演算処理装置(CPU)、ROM、作業用メモリ、磁気ディスクなどの記憶装置、及び、ディスクドライブ装置1a1、1a2が設けられている。記憶装置には、本実施形態のシミュレーション方法を実行するためのソフトウェア等が予め記憶されている。したがって、コンピュータ1は、加硫済みのゴムを加硫金型から脱型する様子を計算するシミュレーション装置として構成される。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a computer for executing the simulation method of this embodiment. A
本シミュレーション方法で好適に計算される加硫済みのゴムの一例としては、タイヤのトレッドゴムが挙げられる。加硫済みのゴムは、加硫金型を用いて加硫成形されるゴムであれば、上記トレッドゴムに限られない。 An example of vulcanized rubber that is preferably calculated by this simulation method is tire tread rubber. The vulcanized rubber is not limited to the above tread rubber as long as it is vulcanized using a vulcanization mold.
図2は、トレッドゴム10の一例を示している。トレッドゴム10は、踏面に開口するサイプ(細溝)11を含んでいる。トレッドゴム10は、サイプ11を含まない形態であってもよい。なお、トレッドゴム10のタイヤ半径方向内側には、ベルト部材、カーカス等(図示せず)が配されている。
FIG. 2 shows an example of the
図3は、トレッドゴム10を加硫成形するための加硫金型20を示している。加硫金型20は、トレッドゴム10にサイプ11を形成するためのブレード21を含んでいる。ブレード21は、トレッド成形面22からキャビティ空間に突設されている。
FIG. 3 shows a vulcanization mold 20 for vulcanizing the
図4は、本シミュレーション方法100の処理手順を示している。シミュレーション方法100は、加硫金型20を模擬した金型モデルと、加硫済みのゴムを模擬したゴムモデルとのシミュレーション方法である。 FIG. 4 shows the processing procedure of this simulation method 100 . The simulation method 100 is a method of simulating a mold model simulating the vulcanization mold 20 and a rubber model simulating vulcanized rubber.
シミュレーション方法100は、コンピュータ1に金型モデル及びゴムモデルを入力する第1ステップS1と、コンピュータ1に剥離応力を設定する第2ステップS2と、コンピュータ1が応力を計算する第3ステップと、コンピュータ1が固着状態を判定する第4ステップとを含む。
The simulation method 100 includes a first step S1 of inputting a mold model and a rubber model into the
第1ステップS1では、コンピュータ1に金型モデル及びゴムモデルが入力される。
In the first step S1, a mold model and a rubber model are input to the
図5は、金型モデル30及びゴムモデル40の一例を示している。金型モデル30及びゴムモデル40は、それぞれ、有限個の要素でモデリングされる。各要素の集合によって加硫金型20と加硫済みのゴムの形状が再現される。例えば、図2に示されるトレッドゴム10及び図3に示される加硫金型20の形状が再現される。図5では、図2のサイプ11及び図3のブレード21を中心とする領域が拡大して示されている。
FIG. 5 shows an example of the
トレッドゴム10及び加硫金型20は、それらの全周に亘ってモデリングされていてもよく、部分的にモデリングされていてもよい。後者の例としては、周方向で複数個に分割されたセグメント(及び対応する領域のトレッドゴム10)単位でモデリングされていてもよい。また、トレッドゴム10の損傷が発生しやすいセグメントの分割位置の近傍のみに絞ってモデリングされていてもよい。
The
各要素には、加硫金型20を構成する金属及び加硫済みのゴムの材料データが適用される。例えば、各材料の弾性率、ポアソン比、密度等の実測値に基づく物性データが適用される。加硫金型20を構成する金属と加硫済みのゴムとの摩擦係数が適用される。 Material data of the metal and vulcanized rubber forming the vulcanization mold 20 are applied to each element. For example, physical property data based on measured values such as elastic modulus, Poisson's ratio, and density of each material is applied. The coefficient of friction between the metal forming the vulcanization mold 20 and the vulcanized rubber is applied.
第2ステップS2では、コンピュータ1上の金型モデル30とゴムモデル40との接触面31、41に剥離応力が設定される。「剥離応力」とは、加硫金型20から加硫済みのゴムを脱型する際に、加硫済みのゴムが加硫金型20から剥離する(すなわち、接触面31、41で加硫済みのゴムが加硫金型20の拘束から解かれる)ときに加硫済みのゴムと加硫金型20との接触面に生じている応力である。例えば、加硫済みのゴムが加硫金型20との接触面に対して平行に移動する箇所では、「剥離応力」とは、接触面に生じている剪断応力となる。
In the second step S2, the peeling stress is set on the
第3ステップS3では、金型モデル30からゴムモデル40を移動させたときの接触面31、41に生ずる応力が計算される。ゴムモデル40は、金型モデル30及びゴムモデル40がそれぞれの接触面31、41で固着している(すなわち、ゴムモデル40が、金型モデル30に対して接触面31、41で拘束されている)初期状態から、金型モデル30に対して遠ざかるように相対的に移動される。例えば、タイヤのトレッドゴム10におけるベルト部材との固着面、すなわち、トレッドゴム10の内周面に相当する要素(節点)を金型モデル30に対して遠ざかる方向に移動させ、ゴムモデル40に生ずる応力が計算される。これにより、コンピュータ1上で、加硫金型20からの加硫済みのゴムの脱型が模擬的に計算される。
In the third step S3, the stress generated in the
図6は、金型モデル30に対して矢印方向に相対的に移動され、脱型されたゴムモデル40を示している。
FIG. 6 shows the
第4ステップS4では、第2ステップS2で設定された剥離応力と、第3ステップS3で計算されたゴムモデル40の応力とに基づいて接触面31、41の固着状態が判定される。これにより、コンピュータ1上で、接触面31、41の固着状態が正確に再現され、脱型時におけるゴムの損傷を精度よく予測できるようになる。
In the fourth step S4, the adhered state of the contact surfaces 31, 41 is determined based on the peel stress set in the second step S2 and the stress of the
さらに、コンピュータ1は、接触面31、41での拘束状態を維持または変更する(ステップS10、S11、S12)。
Furthermore, the
すなわち、コンピュータ1は第4ステップS4において、固着状態が維持されると判定した場合(ステップS10においてY)、接触面31、41での拘束状態、すなわち金型モデル30に対してゴムモデル40が変位不能であるとする境界条件が維持される(ステップS11)。一方、コンピュータ1は固着状態が解除されると判定した場合(ステップS10においてN)、接触面31、41での拘束状態、すなわち金型モデル30に対してゴムモデル40が変位可能となるように境界条件が変更される(ステップS12)。
That is, when the
第4ステップS4では、第2ステップS2で設定された剥離応力と第3ステップS3で計算されたゴムモデル40の応力と大小関係に基づいて、接触面31、41の固着状態が判定される。
In the fourth step S4, the adhesion state of the contact surfaces 31, 41 is determined based on the magnitude relationship between the peel stress set in the second step S2 and the stress of the
すなわち、計算された応力が剥離応力未満である場合、コンピュータ1は固着状態が維持されると判定する(ステップS10においてY)。この場合、接触面31、41での拘束条件、すなわち金型モデル30に対してゴムモデル40が変位不能であるとする境界条件が維持される(ステップS11)。
That is, when the calculated stress is less than the peeling stress, the
一方、計算された応力が剥離応力以上である場合、コンピュータ1は固着状態が解除されると判定する(ステップS10においてN)。この場合、接触面31、41での拘束条件、すなわち金型モデル30に対してゴムモデル40が変位可能となるように境界条件が変更される(ステップS12)。例えば、接触面31、41には、予め定められ第1ステップS1で入力された摩擦係数(動摩擦係数)が付与され、ゴムモデル40の変位および応力が計算される。
On the other hand, if the calculated stress is greater than or equal to the peeling stress, the
その後、ゴムモデル40の移動量が予め設定された移動量に到達するまで(S13においてY)、第3ステップS3ないしステップS13のループを繰り返す。図6に示されるように、金型モデル30に対してゴムモデル40が完全に離れる前に、第3ステップS3ないしステップS13のループから離脱して、計算を終了させてもよい。
After that, the loop from the third step S3 to step S13 is repeated until the movement amount of the
図7は、第2ステップS2の一例を示している。第2ステップS2は、加硫金型20及びゴムを含む試験片を用いて剥離応力を測定するステップS21と、測定された剥離応力を接触面31、41に適用するステップS22とを含む、のが望ましい。これにより、第2ステップS2で実測された剥離応力が適用されるので、コンピュータ1上で、接触面31、41の固着状態が正確に再現される。
FIG. 7 shows an example of the second step S2. The second step S2 includes a step S21 of measuring the peel stress using the vulcanization mold 20 and a test piece containing rubber, and a step S22 of applying the measured peel stress to the contact surfaces 31, 41. is desirable. As a result, the peeling stress actually measured in the second step S2 is applied, so that the adhered state of the contact surfaces 31 and 41 can be accurately reproduced on the
図8は、試験片50の一例を示している。試験片50は、金属試験片51とゴム試験片52とが圧着されて作成されたものである。
FIG. 8 shows an example of the
金属試験片51は、加硫金型20と同一の材質の金属で構成されている。トレッドゴム10にサイプ11を形成するためのブレード21を含む加硫金型20において、ブレード21からのトレッドゴム10の剥離応力を測定する場合、ブレード21と同一の材質の金属で構成された金属試験片51が適用される。
The
ゴム試験片52は、未加硫のシミュレーション対象ゴムと同一の配合のゴムで構成されている。試験片50は、金属試験片51とゴム試験片52とが加硫時の温度で圧着されて作成される。これにより、第2ステップS2で剥離応力が容易かつ正確に実測されるので、接触面31、41での固着状態の判定がより一層正確となる。
The
第3ステップS3では、コンピュータ1がゴムモデル40に生ずる応力及びひずみの少なくともいずれか1つを計算する、のが望ましい。これにより、加硫金型20から脱型されるときの加硫済みのゴムの様子が詳細に予測可能となる。
Preferably, in the third step S3, the
さらに、シミュレーション方法100は、ゴムモデル40に生ずる応力及びひずみの少なくともいずれか1つに基づいて、脱型時におけるゴムの損傷を予測する予測ステップをさらに含んでいてもよい。予測ステップは、応力またはひずみの少なくともいずれか1つを計算する第3ステップS3の後に実行される。
Furthermore, the simulation method 100 may further include a prediction step of predicting rubber damage during demolding based on at least one of stress and strain occurring in the
例えば、予測ステップは、計算によって得られたゴムモデル40に生ずる応力及びひずみの少なくともいずれか1つが予め定められた閾値と比較される。応力等が閾値よりも大きい場合、脱型時にゴムの損傷が生ずる可能性が高いと判断できる。応力等が閾値よりも小さい場合、脱型時にゴムの損傷が生ずる可能性が低いと判断できる。これにより、脱型時におけるゴムの損傷が正確かつ詳細に予測可能となる。
For example, in the prediction step, at least one of stress and strain occurring in the
以上、本開示のシミュレーション方法が詳細に説明されたが、本開示は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。例えば、シミュレーション方法100は、トレッドゴム10に限られることなく、タイヤ及びタイヤ以外の加硫金型によって加硫される他の加硫済みのゴムにも広く適用されうる。
Although the simulation method of the present disclosure has been described in detail above, the present disclosure is not limited to the above-described specific embodiments, and can be implemented with various modifications. For example, the simulation method 100 is not limited to the
加硫金型からの脱型時にトレッドゴムが損傷したタイヤについて、本シミュレーション方法を適用してゴムに生じた応力を計算し、損傷を受けた位置と応力の集中が生じた位置とを比較した。タイヤサイズは、175/65R15であり、応力等の計算には、構造解析ソフトとしてJSOL社製のS-DYNAが用いられた。 This simulation method was applied to calculate the stress generated in the rubber of a tire whose tread rubber was damaged when it was removed from the vulcanization mold, and the locations of damage and stress concentration were compared. . The tire size was 175/65R15, and S-DYNA manufactured by JSOL was used as structural analysis software for calculating stress and the like.
図9は、脱型後の上記タイヤで損傷を受けた箇所の写真である。 FIG. 9 is a photograph of a damaged portion of the tire after demolding.
図10は、本シミュレーション方法を適用して計算された応力の分布を示している。応力の大きい領域が、濃く示されている。 FIG. 10 shows the stress distribution calculated by applying this simulation method. Regions of high stress are shown darker.
図9、10から明らかなように、本シミュレーション方法による計算によって予測された応力集中位置は、実際の脱型後のゴムの損傷位置とよく一致しており、本シミュレーション方法によって脱型時におけるゴムの損傷を精度よく予測できることが確認された。 As is clear from FIGS. 9 and 10, the stress concentration positions predicted by the calculations by this simulation method are in good agreement with the actual damage positions of the rubber after demolding. It was confirmed that it is possible to accurately predict the damage of
[付記]
本開示は以下の態様を含む。
[Appendix]
The present disclosure includes the following aspects.
[本開示1]
加硫金型で加硫された加硫済みのゴムを前記加硫金型から脱型する様子を模擬するためのシミュレーション方法であって、
コンピュータに、前記加硫金型及び前記ゴムをそれぞれ有限個の要素でモデリングした金型モデル及びゴムモデルを入力する第1ステップと、
前記金型モデルと前記ゴムモデルとの接触面に剥離応力を設定する第2ステップと、
前記コンピュータが、前記金型モデル及び前記ゴムモデルが前記接触面で固着している初期状態から、前記ゴムモデルを前記金型モデルに対して遠ざかるように相対的に移動させて、前記ゴムモデルの前記接触面での応力を計算する第3ステップと、
前記コンピュータが、前記剥離応力と、計算された前記ゴムモデルの前記応力とに基づいて前記接触面の固着状態を判定する第4ステップとを含む、
金型モデルとゴムモデルとのシミュレーション方法。
[本開示2]
前記第4ステップは、計算された前記応力が前記剥離応力未満である場合に、前記固着状態が維持されると判定し、計算された前記応力が前記剥離応力以上である場合に、前記固着状態が解除されると判定する、本開示1に記載の金型モデルとゴムモデルとのシミュレーション方法。
[本開示3]
前記第2ステップは、
前記加硫金型及び前記ゴムを含む試験片を用いて前記剥離応力を測定するステップと、
測定された前記剥離応力を前記接触面に適用するステップとを含む、本開示1または2に記載の金型モデルとゴムモデルとのシミュレーション方法。
[本開示4]
前記試験片は、前記加硫金型と同一の材質の金属試験片と未加硫の前記ゴムと同一の配合のゴム試験片とが加硫時の温度で圧着されて作成されたものである、本開示3に記載の金型モデルとゴムモデルとのシミュレーション方法。
[本開示5]
前記第3ステップは、前記ゴムモデルに生ずる応力またはひずみの少なくともいずれか1つを計算するステップを含む、本開示1ないし4のいずれかに記載の金型モデルとゴムモデルとのシミュレーション方法。
[本開示6]
前記第3ステップの後に、前記ゴムモデルに生ずる応力及び前記ひずみの少なくともいずれか1つに基づいて、脱型時における前記ゴムの損傷を予測する予測ステップをさらに含む、本開示5に記載の金型モデルとゴムモデルとのシミュレーション方法。
[本開示7]
前記ゴムモデルは、タイヤのトレッドゴムをモデリングしたトレッドモデル部を含む、本開示1ないし6のいずれかに記載の金型モデルとゴムモデルとのシミュレーション方法。
[本開示8]
前記金型モデルは、前記トレッドゴムにサイプを形成するためのブレードをモデリングしたブレードモデル部を含み、
前記接触面は、前記トレッドモデル部と前記ブレードモデル部との接触面を含む、本開示7に記載の金型モデルとゴムモデルとのシミュレーション方法。
[Present Disclosure 1]
A simulation method for simulating how a vulcanized rubber vulcanized in a vulcanization mold is released from the vulcanization mold,
a first step of inputting a mold model and a rubber model obtained by modeling the vulcanization mold and the rubber with a finite number of elements, respectively, into a computer;
a second step of setting a peeling stress on the contact surface between the mold model and the rubber model;
The computer relatively moves the rubber model away from the mold model from an initial state in which the mold model and the rubber model are fixed on the contact surface, and the rubber model moves away from the mold model. a third step of calculating the stress at the contact surface;
a fourth step in which the computer determines a sticking state of the contact surface based on the peel stress and the calculated stress of the rubber model;
A simulation method for a mold model and a rubber model.
[Disclosure 2]
The fourth step determines that the fixed state is maintained when the calculated stress is less than the peel stress, and determines that the fixed state is maintained when the calculated stress is greater than or equal to the peel stress. The mold model and rubber model simulation method according to the
[Disclosure 3]
The second step is
a step of measuring the peel stress using a test piece containing the vulcanization mold and the rubber;
and applying the measured peel stress to the contact surface.
[Disclosure 4]
The test piece is prepared by pressing a metal test piece of the same material as the vulcanization mold and a rubber test piece of the same composition as the unvulcanized rubber at the vulcanization temperature. , a method of simulating a mold model and a rubber model according to 3 of the present disclosure.
[Disclosure 5]
5. The method of simulating a mold model and a rubber model according to any one of the
[Disclosure 6]
The metal according to 5 of the present disclosure, further comprising, after the third step, a prediction step of predicting damage to the rubber during demolding based on at least one of the stress and strain occurring in the rubber model. A method of simulating a die model and a rubber model.
[Present Disclosure 7]
7. The method of simulating a mold model and a rubber model according to any one of the
[Disclosure 8]
The mold model includes a blade model section modeling a blade for forming a sipe in the tread rubber,
The mold model and rubber model simulation method according to the present disclosure 7, wherein the contact surface includes a contact surface between the tread model portion and the blade model portion.
1 コンピュータ
10 トレッドゴム
11 サイプ
20 加硫金型
21 ブレード
30 金型モデル
31 接触面
40 ゴムモデル
41 接触面
50 試験片
51 金属試験片
52 ゴム試験片
100 シミュレーション方法
S1 第1ステップ
S2 第2ステップ
S3 第3ステップ
S4 第4ステップ
1
Claims (8)
コンピュータに、前記加硫金型及び前記ゴムをそれぞれ有限個の要素でモデリングした金型モデル及びゴムモデルを入力する第1ステップと、
前記金型モデルと前記ゴムモデルとの接触面に剥離応力を設定する第2ステップと、
前記コンピュータが、前記金型モデル及び前記ゴムモデルが前記接触面で固着している初期状態から、前記ゴムモデルを前記金型モデルに対して遠ざかるように相対的に移動させて、前記ゴムモデルの前記接触面での応力を計算する第3ステップと、
前記コンピュータが、前記剥離応力と、計算された前記ゴムモデルの前記応力とに基づいて前記接触面の固着状態を判定する第4ステップとを含む、
金型モデルとゴムモデルとのシミュレーション方法。 A simulation method for simulating how a vulcanized rubber vulcanized in a vulcanization mold is released from the vulcanization mold,
a first step of inputting a mold model and a rubber model obtained by modeling the vulcanization mold and the rubber with a finite number of elements, respectively, into a computer;
a second step of setting a peeling stress on the contact surface between the mold model and the rubber model;
The computer relatively moves the rubber model away from the mold model from an initial state in which the mold model and the rubber model are fixed on the contact surface, and the rubber model moves away from the mold model. a third step of calculating the stress at the contact surface;
a fourth step in which the computer determines a sticking state of the contact surface based on the peel stress and the calculated stress of the rubber model;
A simulation method for a mold model and a rubber model.
前記加硫金型及び前記ゴムを含む試験片を用いて前記剥離応力を測定するステップと、
測定された前記剥離応力を前記接触面に適用するステップとを含む、請求項1または2に記載の金型モデルとゴムモデルとのシミュレーション方法。 The second step is
a step of measuring the peel stress using a test piece containing the vulcanization mold and the rubber;
and applying the measured peel stress to the contact surface.
前記接触面は、前記トレッドモデル部と前記ブレードモデル部との接触面を含む、請求項7に記載の金型モデルとゴムモデルとのシミュレーション方法。 The mold model includes a blade model section modeling a blade for forming a sipe in the tread rubber,
8. The method of simulating a mold model and a rubber model according to claim 7, wherein said contact surface includes a contact surface between said tread model portion and said blade model portion.
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2021
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