CAE技術(shù)在汽車密封件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

趙 健 宮建國(guó) 金 濤 鄭燕明

（1.浙江大學(xué) 化工機(jī)械研究所；2.浙江仙通橡塑股份有限公司）

1 前言

橡膠密封條是汽車密封系統(tǒng)的主要部件，其通過(guò)本體結(jié)構(gòu)中唇空腔凸緣等部位與組裝部位的鈑金部件等表面產(chǎn)生接觸而起到良好的防水、防塵、減振、隔聲作用[1]。然而，由于汽車密封條復(fù)雜的裝配關(guān)系以及使用過(guò)程中的大變形、大位移，工程求解難度較大，使得密封條設(shè)計(jì)工作往往停留在簡(jiǎn)單的單向復(fù)制或傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)層次上，對(duì)密封條的結(jié)構(gòu)性能在試驗(yàn)之前不能預(yù)見(jiàn)[2]。與此同時(shí)，現(xiàn)代CAD/CAE技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初便可以輔助進(jìn)行缺陷分析、質(zhì)量改進(jìn)，成為了當(dāng)前最先進(jìn)、科學(xué)的設(shè)計(jì)分析方法[3]。因此，將CAE技術(shù)應(yīng)用于汽車密封條結(jié)構(gòu)性能分析與評(píng)價(jià)中，可以為密封條的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供理論依據(jù)，以適應(yīng)現(xiàn)代汽車產(chǎn)品的精細(xì)化設(shè)計(jì)要求。為此，本文分析了CAE技術(shù)在密封條設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，探討了分析過(guò)程中的若干關(guān)鍵問(wèn)題。

2 汽車密封條結(jié)構(gòu)的非線性

汽車密封條常常使用三元乙丙橡膠（EPDM）或熱塑性彈性體（TPE）材料，主要包括密實(shí)橡膠和海綿橡膠兩部分。橡膠材料具有大變形、高彈性和高延展率的特性，在較小的外力作用下就顯示出高度變形的能力，外力去除后則恢復(fù)原狀或產(chǎn)生較小的變形，力和伸長(zhǎng)量的關(guān)系不符合傳統(tǒng)的胡克定律，具有典型的幾何非線性特征[2]。而密封條本身在大應(yīng)變狀態(tài)下，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系也不再是線性的，因此又屬于非線性材料。

密封條的密封效果通過(guò)與裝配面發(fā)生擠壓保證，由此產(chǎn)生的接觸關(guān)系則屬于邊界條件高度非線性問(wèn)題。在接觸過(guò)程中必須施加運(yùn)動(dòng)約束使得接觸面滿足無(wú)穿透約束條件[4]，如圖1所示，即滿足：

式中，ΔuA為A點(diǎn)增量位移向量；n為單位法向量；D為觸發(fā)接觸的最小探測(cè)距離。

3 材料本構(gòu)模型

橡膠材料為非晶態(tài)聚合物，長(zhǎng)鏈分子方向隨機(jī)分布，力學(xué)性能對(duì)時(shí)間、環(huán)境、應(yīng)變歷程、加載速率和應(yīng)變率十分敏感，大應(yīng)變時(shí)還存在硬化或軟化現(xiàn)象，而橡膠材料本構(gòu)模型的選取對(duì)后續(xù)材料數(shù)據(jù)的擬合及分析準(zhǔn)確性都起到關(guān)鍵作用，為此，朱顏峰等[5]歸納了目前國(guó)內(nèi)、外在橡膠材料本構(gòu)模型方面的研究成果。可使用基于應(yīng)變能密度函數(shù)的本構(gòu)模型來(lái)描述密封條橡膠材料，從而材料變形中儲(chǔ)存的能量?jī)H取決于變形的初始狀態(tài)和最終狀態(tài)，與變形路徑無(wú)關(guān)。

3.1 本構(gòu)方程基本形式

當(dāng)密封條常用的TPE、EPDM等材料當(dāng)作超彈性和各項(xiàng)同性材料處理時(shí)，應(yīng)變等密度函數(shù)可以表述為基于3個(gè)主應(yīng)變不變量或主伸長(zhǎng)率的函數(shù)，如式（2）、式（3）所示：

式中，σ為柯西應(yīng)力張量；W為應(yīng)變能密度函數(shù)；I為單位張量；B為柯西-格林變形張量；F為變形梯度；J為Jacobian行列式；I1和I2為柯西-格林變形張量的第一、第二不變量。

對(duì)于密實(shí)橡膠材料，其體積模量遠(yuǎn)大于其剪切模量，因此可以作為近似不可壓縮材料處理，有：

因此，式（4）可以簡(jiǎn)化為：

式中，p為由不可壓縮約束引出的拉格朗日因子。

3.2 Mooney-Rivilin模型

Mooney-Rivilin模型基于主應(yīng)變量不變量來(lái)描述，其一般形式可以表述為：

式中，Cij是材料常數(shù)，由材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系確定。

由于Mooney-Rivilin模型形式簡(jiǎn)單，在應(yīng)變100%范圍內(nèi)可以有效模擬近似不可壓縮材料的變形特性，在橡膠類材料的數(shù)值模擬中得到廣泛應(yīng)用。

當(dāng)僅使用一個(gè)參數(shù)來(lái)描述時(shí)，對(duì)于不可壓縮材料，Mooney-Rivilin模型也稱為Neo-Hookean模型，是最常用的形式和最簡(jiǎn)單的橡膠材料分子統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，其中，系數(shù)C10等于剪切模量的1/2。在實(shí)際分析中，可以根據(jù)需要選擇2階或多階模型。

3.3 Odgen模型

Odgen模型直接表達(dá)為3個(gè)主伸長(zhǎng)率的函數(shù),有利于數(shù)據(jù)擬合，并可以模擬高達(dá)700%的變形，其形式如下：

式中，αn、μn都是材料參數(shù)，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。

3.4 海綿橡膠材料Foam模型

不同于密實(shí)橡膠，海綿橡膠在密封條使用過(guò)程中作為承壓部位時(shí)會(huì)發(fā)生較大變形，Odgen R W同樣直接使用主伸長(zhǎng)率為自變量提出了海綿橡膠材料的應(yīng)變能函數(shù)模型：

式中，αn、βn和 μn都是海綿橡膠材料參數(shù)，由材料試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。

針對(duì)以上幾種模型，趙建才、Wagner 等[7，8]使用Mooney-Rivilin模型來(lái)模擬密封條“U”型密實(shí)橡膠或受壓海綿橡膠泡管外的密實(shí)橡膠表層，由于模型中的密實(shí)橡膠部位對(duì)壓縮變形反力貢獻(xiàn)較小，因此其壓縮分析結(jié)果并不能表明模型有效性。相反，文獻(xiàn)[2]在ABAQUS軟件中使用Mooney-Rivilin模型和Odgen模型來(lái)擬合一般工程密封件如“O”型、“Y”型密封圈材料，Jang等[9]分別使用Mooney-Rivilin模型和Odgen模型來(lái)直接模擬密實(shí)橡膠的壓縮變形（CLD）特性，但分析結(jié)果由于均缺乏直接試驗(yàn)驗(yàn)證，因而無(wú)法評(píng)定材料模型的優(yōu)劣，不能作為明確的選擇依據(jù)。然而，F(xiàn)oam模型被廣泛用于模擬海綿橡膠CLD 特性，并有充分的試驗(yàn)驗(yàn)證[3，7]。

由于橡膠材料型號(hào)、配方和工藝的不同，材料特性會(huì)有較大差別，以上任一分析成果均缺乏系統(tǒng)評(píng)價(jià)，并不能作為確定材料模型的唯一可靠判據(jù)，還需根據(jù)后續(xù)材料試驗(yàn)和模型擬合情況選取材料模型。

4 材料試驗(yàn)及數(shù)據(jù)擬合

在材料本構(gòu)模型中，材料參數(shù)通過(guò)最小二乘法擬合多種試驗(yàn)下應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)應(yīng)變能密度函數(shù)計(jì)算結(jié)果確定，以減少誤差并檢驗(yàn)材料模型描述試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.1 材料試驗(yàn)

汽車密封條材料數(shù)據(jù)一般通過(guò)單軸拉伸、單軸壓縮、平面剪切、等軸拉伸等試驗(yàn)獲得。試驗(yàn)應(yīng)保證所有試樣從同批橡膠材料中剪取，并保證變形均勻，以減少末端效應(yīng)。在有限元分析時(shí)，使用多種試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)模擬材料特性可以比僅僅使用單軸拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到更為準(zhǔn)確的結(jié)果[10]。

通常情況下，單軸拉伸和平面剪切試驗(yàn)均可通過(guò)常規(guī)單拉試驗(yàn)設(shè)備完成，但對(duì)于單軸壓縮試驗(yàn)而言，由于接觸面間存在摩擦而呈現(xiàn)出帶有一定拉伸和剪切應(yīng)變的非純壓縮應(yīng)變狀態(tài)，即使較小的摩擦力也會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果誤差較大，所以一般使用等軸拉伸試驗(yàn)來(lái)替代單軸壓縮試驗(yàn)[11]。Axel試驗(yàn)測(cè)試機(jī)構(gòu)研究表明[12]，對(duì)大多數(shù)橡膠材料的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，單軸拉伸試驗(yàn)的數(shù)量級(jí)最低，平面剪切次之，等軸拉伸最高，而在試驗(yàn)數(shù)據(jù)和各種材料模型擬合時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同模型預(yù)測(cè)的等軸拉伸試驗(yàn)響應(yīng)時(shí)結(jié)果差別很大。因此，有條件的開(kāi)展等軸拉伸試驗(yàn)測(cè)試有利于材料模型的確定，并提高材料模擬精度。

whereandcontaining the center azimuth and elevation DOAs to be estimated,respectively.Next,consider a new vector t containing the other unknown parameters

等軸拉伸試驗(yàn)裝置較為復(fù)雜，文獻(xiàn)[9]、文獻(xiàn)[11]和文獻(xiàn)[13]中設(shè)計(jì)了一種夾具，對(duì)對(duì)開(kāi)槽的圓形薄片進(jìn)行放射狀拉伸，并通過(guò)非接觸的測(cè)量?jī)x來(lái)測(cè)定應(yīng)變，如圖2所示，該裝置使得等軸拉伸試驗(yàn)也可以在單拉試驗(yàn)機(jī)上完成。另外，羅華安等[14]也提出了一種通過(guò)對(duì)方形式樣固定邊角點(diǎn)拉伸獲得等軸拉伸數(shù)據(jù)的試驗(yàn)裝置，但裝置較為復(fù)雜，試驗(yàn)成本較高。此外，為降低橡膠材料時(shí)間效應(yīng)的影響，可進(jìn)行材料應(yīng)力松弛試驗(yàn)，以獲得一定應(yīng)變下應(yīng)力隨時(shí)間衰減的數(shù)據(jù)。

4.2 Mullins 效應(yīng)

TPE和EPDM材料在反復(fù)變形時(shí)，分子鏈交聯(lián)點(diǎn)會(huì)不斷被打斷，其組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)在變形中失去剛度，材料阻尼特性因此發(fā)生改變，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)不僅依賴于加載歷史，而且取決于之前所遇到的最大加載歷程，這種現(xiàn)象被稱為Mullins效應(yīng)[15]。

材料試驗(yàn)中，相同應(yīng)變下對(duì)試樣循環(huán)加載卸載時(shí)，應(yīng)力水平不斷下降，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系在多次循環(huán)后趨于穩(wěn)定，且最終初始應(yīng)變不為零。當(dāng)使試樣發(fā)生更大變形時(shí)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線會(huì)再次發(fā)生改變，如圖3所示為單軸拉伸試驗(yàn)中將試樣在40%應(yīng)變量下反復(fù)拉伸10次，之后在100%應(yīng)變下反復(fù)拉伸10次的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系對(duì)比[13]。

文獻(xiàn)[9]通過(guò)使用單軸拉伸和等軸拉伸10%、20%、30%應(yīng)變范圍下獲得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線來(lái)擬合材料模型，并將3種情況下的分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了Mullins效應(yīng)對(duì)密封條有限元分析結(jié)果的影響。

因此，為提高分析精度，材料試驗(yàn)不僅應(yīng)該選取至少10次循環(huán)加、卸載后的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，而且要預(yù)估密封條在實(shí)際工作時(shí)的變形量來(lái)控制材料試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)變。此外，還應(yīng)對(duì)曲線進(jìn)行一定調(diào)整，使得曲線原點(diǎn)歸零，以滿足超彈性材料的特征。

考慮到最終穩(wěn)定試樣標(biāo)定長(zhǎng)度變大而橫截面積減小，對(duì)試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)做出如下處理[12]：

式中，σ1′、ε1′分別表示最終穩(wěn)定的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)；σ1、ε1則表示調(diào)整后數(shù)值；εp為調(diào)整前不為零的殘余應(yīng)變。

4.3 材料模型的確定

材料試驗(yàn)完成后，除前文所述的材料模型特征及適用范圍外，還需要根據(jù)材料試驗(yàn)曲線與材料模型的擬合情況來(lái)進(jìn)一步確定材料模型，主要有以下原則[12]：

b.擬合誤差小未必代表材料模型準(zhǔn)確。試驗(yàn)條件有限時(shí)，不僅要考慮給定應(yīng)變范圍內(nèi)已有試驗(yàn)曲線和模型計(jì)算曲線的擬合情況，更要注重材料模型在試驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍之外擴(kuò)展曲線的擬合情況以及其他針對(duì)未開(kāi)展試驗(yàn)的預(yù)測(cè)響應(yīng)曲線。為保證材料模型穩(wěn)定性，要求在可能應(yīng)變范圍內(nèi)有 dσ1·dε1＞0，如圖 4 所示[12]。

c.擬合模型從簡(jiǎn)單到復(fù)雜。簡(jiǎn)單低階模型可以保證在較大應(yīng)變范圍內(nèi)的模型穩(wěn)定性，如低階模型擬合良好，則可直接使用。

5 摩擦效應(yīng)

壓縮變形特性和插拔受力狀況是評(píng)定密封條使用與安裝性能的兩個(gè)重要方面，而摩擦系數(shù)是有限元分析過(guò)程中的另一個(gè)關(guān)鍵因素。但在壓縮變形分析中，摩擦系數(shù)對(duì)CLD特性影響不大，不同摩擦系數(shù)下壓縮變形反力幾乎沒(méi)有發(fā)生變化，因此在研究密封條CLD特性時(shí)可以忽略摩擦系數(shù)的影響[10]。然而，在發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)或密封條裝配時(shí)，分析結(jié)果對(duì)摩擦系數(shù)較為敏感，圖5為某密封條產(chǎn)品使用Mooney-Rivilin模型在不同摩擦系數(shù)下分析所得的最大拔出力變化曲線。

在摩擦系數(shù)測(cè)定試驗(yàn)方面，雖然試驗(yàn)裝置各樣，但目前國(guó)內(nèi)、外學(xué)者主要還是根據(jù)庫(kù)倫摩擦原理來(lái)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，因?yàn)檫@一定律能較好地反映金屬的摩擦受力。但橡膠和其他材料在相互摩擦過(guò)程中不僅會(huì)產(chǎn)生磨損，而且還有部分應(yīng)變能會(huì)引起橡膠內(nèi)部生熱，從而導(dǎo)致表面老化，試驗(yàn)條件如壓力、溫度、速度、表面狀態(tài)和橡膠本身的粘彈性變化均會(huì)對(duì)摩擦系數(shù)的測(cè)量造成較大影響[16]，因此其測(cè)定結(jié)果僅具有參考價(jià)值。由于密封條的插拔受力狀況復(fù)雜，真實(shí)摩擦狀況較難實(shí)現(xiàn)，更需在摩擦系數(shù)的測(cè)量中嚴(yán)格控制影響因素，使得試驗(yàn)條件盡量接近真實(shí)情況。

6 汽車密封件的實(shí)際應(yīng)用

按照橡膠密封條在汽車上的使用部位和用途可將其分類為車門(mén)密封條、車窗玻璃密封條、裝飾條及嵌條、其他密封條（如行李箱、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、散熱器密封條）等。而根據(jù)密封條在使用中與裝配面（鈑金、玻璃等）的相對(duì)關(guān)系，可分為壓縮、插拔、彎曲起皺、相對(duì)滑動(dòng)等變形。

6.1 壓縮

轎車車門(mén)密封條是典型的三重材料復(fù)合條，由海綿橡膠、密實(shí)橡膠及金屬骨架3部分組成，如圖6所示為轎車車門(mén)密封條的截面。

海綿橡膠部分主要承受車門(mén)關(guān)閉時(shí)的壓縮載荷，以產(chǎn)生回彈密封性能，同時(shí)彌補(bǔ)車門(mén)與側(cè)圍立柱等之間間隙的不均勻性。密實(shí)橡膠與金屬骨架形成“U”型結(jié)構(gòu)，依靠變形齒與鈑金的摩擦力起到牢靠夾持并固定在車門(mén)側(cè)圍上的作用，以保證更可靠的密封效果。

壓縮變形分析時(shí)，只需將“U”型槽單邊約束，讓鈑金以設(shè)定速度壓向海綿泡管即可，受力狀況相對(duì)簡(jiǎn)單，文獻(xiàn)[3]、文獻(xiàn)[7]和文獻(xiàn)[8]等對(duì)密封條壓縮變形做了大量分析及優(yōu)化研究，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。圖7為壓縮變形的分析結(jié)果，據(jù)此結(jié)果及壓縮反力曲線可以評(píng)定密封條的CLD特性。

6.2 插拔

相對(duì)壓縮變形而言，插拔過(guò)程的受力狀況和邊界條件更為復(fù)雜。良好的密封條夾緊機(jī)構(gòu)要求有較小的插入力和較大的拔出力，以保證裝配方便而在使用中不易脫落，但對(duì)同一密封條，兩種力相互矛盾[17]。插拔過(guò)程中邊界條件的設(shè)置正確與否對(duì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性有較大影響，本文使用“U”型簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)并周邊加框的方法來(lái)分析密封條裝配中的插拔變形特性[18]，與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，如圖8所示為分別使用不同厚度型板進(jìn)行插入和拔出分析的柯西應(yīng)力云圖，據(jù)此可用來(lái)評(píng)定密封條的裝配性能。

6.3 彎曲起皺

由于轎車車門(mén)形狀限制，車門(mén)或行李箱彎角處的密封條常常會(huì)由于彎曲過(guò)度發(fā)生起皺，其實(shí)質(zhì)是橡膠密封條的屈曲失穩(wěn)問(wèn)題。密封條的彎曲起皺不僅影響外觀，而且對(duì)車門(mén)關(guān)閉力有較大影響。相對(duì)壓縮和插拔變形可以將密封條結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為二維平面應(yīng)變模型來(lái)處理的情況，彎曲起皺則需要分析三維結(jié)構(gòu)的受力特征，求解難度和計(jì)算量都較大。文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[17]使用弧長(zhǎng)法對(duì)密封條的彎曲起皺現(xiàn)象進(jìn)行了初步研究，可以用來(lái)評(píng)定彎曲起皺的臨界載荷，如圖9所示。

6.4 滑動(dòng)

車窗密封條主要包括車窗下部?jī)?nèi)外切水條和車窗玻璃導(dǎo)槽兩部分，在工作過(guò)程中會(huì)在一定壓縮變形的基礎(chǔ)上與玻璃間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。

對(duì)于車窗內(nèi)外切水條，可以直接根據(jù)壓縮及插拔分析方法進(jìn)行滑動(dòng)時(shí)的受力變形仿真，從而評(píng)定玻璃升降時(shí)的滑動(dòng)阻力。而對(duì)于導(dǎo)槽密封條，黃燕敏等[19]通過(guò)對(duì)導(dǎo)槽變形齒分別進(jìn)行單邊壓縮分析，獲得兩邊變形齒的壓縮反力及其平衡系數(shù)來(lái)評(píng)定導(dǎo)槽密封條的性能，分析及評(píng)定工作簡(jiǎn)單易行，但是僅僅具有導(dǎo)槽密封條變形齒的壓縮載荷及其平衡系數(shù)并不能預(yù)測(cè)出導(dǎo)槽的滑動(dòng)阻力，故仍需通過(guò)建立三維模型來(lái)模擬。為避免因大面積接觸使得計(jì)算量過(guò)大和分析時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可根據(jù)前述壓縮和插拔模擬的成果，將導(dǎo)槽拆解為左、右兩部分，在三維模型中模擬鈑金先縱向插入或者橫向壓縮到裝配位置，再與密封條發(fā)生相對(duì)軸向滑動(dòng)的受力狀況，如圖10所示。

6.5 車門(mén)關(guān)閉性能評(píng)估

車門(mén)關(guān)閉輕便與否是評(píng)價(jià)車門(mén)設(shè)計(jì)及使用性能的一個(gè)重要指標(biāo)，車門(mén)關(guān)閉性能一般通過(guò)關(guān)門(mén)速度、關(guān)門(mén)力、關(guān)門(mén)能量等標(biāo)準(zhǔn)衡量。從力學(xué)角度來(lái)看，影響車門(mén)關(guān)閉的因素主要有駕駛室內(nèi)空氣壓縮產(chǎn)生的氣阻效應(yīng)、密封條壓縮反力、車門(mén)鉸鏈、車門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線設(shè)計(jì)前傾和內(nèi)傾產(chǎn)生的重力、門(mén)鎖和限位器等6方面，其中，密封條壓縮反力和氣阻效應(yīng)的影響最大[20]。就密封條而言，則必須考慮其壓縮反力與密封性能間矛盾的平衡，壓縮反力小有利于降低關(guān)門(mén)力，但密封性能則會(huì)受到影響，反之亦然。

文獻(xiàn)[21]基于步進(jìn)電機(jī)、力位移傳感器和立體視覺(jué)原理提出了一種車門(mén)關(guān)閉力和密封條壓縮位移的測(cè)量系統(tǒng)，提高了傳統(tǒng)試驗(yàn)測(cè)試的準(zhǔn)確度?；诿芊鈼l的CLD曲線，文獻(xiàn)[22]提出使用ADAMS軟件來(lái)模擬車門(mén)關(guān)閉過(guò)程的方法，通過(guò)給予車門(mén)一定初始速度，將鉸鏈、限位器和氣阻效應(yīng)處理為鉸鏈處的轉(zhuǎn)矩，模擬得到車門(mén)動(dòng)能與關(guān)門(mén)角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而可以評(píng)測(cè)最小關(guān)門(mén)能量。利用相似方法，楊蕾等[23]利用密封條CLD特性曲線來(lái)處理密封條處的壓縮阻力，分析獲得各因素的影響權(quán)重，并在試驗(yàn)中得到驗(yàn)證，可以初步評(píng)估車門(mén)關(guān)閉性能。而基于車門(mén)有限元模型進(jìn)行分析-再修改的試錯(cuò)法時(shí)間周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)初期缺乏指導(dǎo)數(shù)據(jù)，據(jù)此，高云凱等[24]通過(guò)分析密封條的工作原理，建立數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用數(shù)值分析與循環(huán)迭代方法設(shè)計(jì)了密封條消耗能量的計(jì)算模型，并分析了密封條排氣孔阻尼力消耗能量的影響，使得評(píng)定簡(jiǎn)單便捷。

前述幾種方法在密封條不同部位的處理上均簡(jiǎn)化為直邊段的垂直壓縮過(guò)程，因此分析精度有限，但用基于隱式算法的常規(guī)有限元分析來(lái)完全模擬密封條裝配及關(guān)門(mén)狀態(tài)又會(huì)出現(xiàn)大面積接觸計(jì)算不收斂問(wèn)題。針對(duì)此種情況，Moon等[25]同時(shí)利用基于顯式算法分析的PAM-CRASH和基于隱式算法分析的MSC.Marc軟件對(duì)密封條直邊段和彎角段進(jìn)行嘗試分析，結(jié)果表明，在采用較大時(shí)間步長(zhǎng)和較小單元尺寸的情況下，顯式算法可以獲得隱式算法同樣的分析結(jié)果，因此在避免了計(jì)算不收斂和還原密封條真實(shí)壓縮變形及其他影響因素的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了密封條裝配狀態(tài)下的關(guān)門(mén)分析，獲得最小關(guān)門(mén)速度，并與試驗(yàn)結(jié)果獲得良好的統(tǒng)一。

7 結(jié)束語(yǔ)

CAE技術(shù)在國(guó)內(nèi)、外密封條的分析設(shè)計(jì)上起步均較晚，雖然已取得一些實(shí)際應(yīng)用，但仍缺乏較為系統(tǒng)的分析和可靠驗(yàn)證，另外由于密封條分析的復(fù)雜性，現(xiàn)有分析大多對(duì)模型做了較大程度簡(jiǎn)化，離評(píng)定密封條真實(shí)且更為全面的工作性能還有距離。

a.除單軸拉伸試驗(yàn)外，其他材料試驗(yàn)尚缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)裝置及夾具也大多自行設(shè)計(jì)，缺少規(guī)范，阻滯了基礎(chǔ)材料數(shù)據(jù)庫(kù)的建立并影響后續(xù)分析工作的準(zhǔn)確性，因此迫切需要制訂統(tǒng)一的國(guó)內(nèi)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，研制商品化試驗(yàn)裝置。

b.目前基于密封條結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的優(yōu)化工作較為簡(jiǎn)略[17，26]，仍停留在根據(jù)分析結(jié)果中的應(yīng)力應(yīng)變水平來(lái)相應(yīng)調(diào)整厚度或者變形齒角度階段，并未體現(xiàn)出有限元分析軟件在結(jié)構(gòu)優(yōu)化上的優(yōu)勢(shì)，因此探索更優(yōu)良更具指導(dǎo)意義的優(yōu)化方法較為必要。

c.基于現(xiàn)行軟硬件條件，密封條分析工作可以從二維簡(jiǎn)化模型的靜態(tài)分析朝著三維工況動(dòng)態(tài)響應(yīng)、振動(dòng)與隔聲等方面做更多嘗試。

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