基于Marc的車門密封條有限元分析

摘要：本文基于MSC.Marc有限元分析軟件，對汽車車門密封條關(guān)門變形進(jìn)行模擬，通過觀察密封條的變形找出車門漏水的根本原因和部位，為密封條結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：有限元分析;密封條;車門漏水;超彈性材料;密封力

中圖分類號：U465 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

汽車密封條采用的是三元乙丙橡膠（EPDM）材料，具有良好的彈性、隔音降噪效果。由于密封條實際裝配過程中都是處于壓縮變形狀態(tài)，設(shè)計結(jié)構(gòu)時，密封條和周邊環(huán)境件往往處于干涉狀態(tài)。而干涉量和變形狀態(tài)對汽車的密封性能起著決定性作用，設(shè)計工程師通常根據(jù)經(jīng)驗來對密封條的結(jié)構(gòu)和干涉量進(jìn)行設(shè)計和優(yōu)化。這樣會大大降低了設(shè)計的可靠性，導(dǎo)致后期問題頻發(fā)，增加開發(fā)成本。

本文通過有限元方法來模擬汽車關(guān)門后密封條的匹配狀態(tài)，可以準(zhǔn)確、直觀地判斷密封條結(jié)構(gòu)和干涉量設(shè)計是否合理，通過理論的驗證來減少產(chǎn)品試制過程中的結(jié)構(gòu)變更。

1有限元模型建立

由于車門密封條主要通過擠出和注塑工藝成型。擠出段的截面一致，與車門鈑金的干涉量相同。車門拐角部位的密封條多采用注塑成型，與鈑金的干涉量往往不一致，而車門漏雨問題常常出現(xiàn)此拐角部位?，F(xiàn)截取車門拐角部位的局部模型進(jìn)行有限元分析（圖1）。

密封條密實膠采用Mooney材料模型，發(fā)泡膠采用Foam材料模型，材料參數(shù)由橡膠試片的力學(xué)實驗擬合所得。網(wǎng)格大小為0.4mm，單元類型為一階四面體;車門和車身鈑金簡化為剛體。密封條和車門、車身之間均建立接觸關(guān)系，密封條自身建立自接觸關(guān)系，涂層跟鈑金間摩擦系數(shù)取0.34。

2密封條關(guān)門變形分析

2.1邊界和工況定義

由于密封條裝配是通過3M膠帶和卡扣形式固定的，所以可將3M膠帶和卡扣部位進(jìn)行6個自由度的約束，工況為車門關(guān)閉的位移量。注意，車門位移是繞著車門鉸鏈進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的。

2.2結(jié)果分析

模擬車門關(guān)閉后，此部位密封條產(chǎn)生的密封力為9.5N（標(biāo)準(zhǔn)：10.0±2.0N），密封力滿足要求（圖2）。從密封條變形云圖可以看出（圖3），此部位壓縮變形不符合要求，水容易匯集在密封條和車身鈑金的縫隙內(nèi)，產(chǎn)生漏水現(xiàn)象。此結(jié)構(gòu)實際裝車并通過淋雨實驗，確實出現(xiàn)了漏水現(xiàn)象。

由上述分析結(jié)果可知，車門漏水的根本原因是車門拐角處密封條結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理導(dǎo)致，故需要對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在滿足密封力的同時要滿足防水排水性能。

3改進(jìn)設(shè)計

3.1改進(jìn)后模型

通過以上變形圖找出壓縮變形不符合的部位，然后對此部位進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化處理，優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)對比如圖4所示。優(yōu)化后使密封條在壓縮變形后能形成一個排水槽，然后通過有限元方法再次模擬驗證此結(jié)構(gòu)的可行性。

3.2優(yōu)化后結(jié)果分析

優(yōu)化后，密封條產(chǎn)生的密封力為11.3 N（標(biāo)準(zhǔn)：10.0±2.0 N），密封力滿足要求（圖5）。從密封條變形云圖可以看出（圖6），此部位壓縮變形符合要求，水可以從接觸縫隙旁邊的排水槽排出，避免了積水、漏水現(xiàn)象。

4試驗驗證

4.1密封力實驗

通過拉伸實驗機(jī)和密封力工裝，對優(yōu)化后的密封條實物進(jìn)行密封力性能測試，測試結(jié)果滿足密封力要求。

4.2裝車淋雨實驗

密封條裝車匹配后變形狀態(tài)與理論分析基本一致，通過淋雨實驗，未出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，實驗滿足要求。

5結(jié)束語

基于Marc的有限元分析結(jié)果與實驗結(jié)果一致，通過改進(jìn)設(shè)計有效解決了車門漏水問題，為密封條結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論依據(jù)，減少不必要的設(shè)計變更，為公司節(jié)約成本。