基于Marc的車(chē)門(mén)密封條有限元分析

曾偉、尹麗、余偉、陳軍閏

（湖北大運(yùn)汽車(chē)有限公司技術(shù)中心，十堰 442500）

0 引言

汽車(chē)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(shí)際裝配過(guò)程中都是處于壓縮變形狀態(tài)，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，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(duì)汽車(chē)的密封性能起著決定性作用，設(shè)計(jì)工程師通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)對(duì)密封條的結(jié)構(gòu)和干涉量進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。這樣會(huì)大大降低了設(shè)計(jì)的可靠性，導(dǎo)致后期問(wèn)題頻發(fā)，增加開(kāi)發(fā)成本。

本文通過(guò)有限元方法來(lái)模擬汽車(chē)關(guān)門(mén)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(jì)是否合理，通過(guò)理論的驗(yàn)證來(lái)減少產(chǎn)品試制過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變更。

1 有限元模型建立

由于車(chē)門(mén)密封條主要通過(guò)擠出和注塑工藝成型。擠出段的截面一致，與車(chē)門(mén)鈑金的干涉量相同。車(chē)門(mén)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(chē)門(mén)漏雨問(wèn)題常常出現(xiàn)此拐角部位?，F(xiàn)截取車(chē)門(mén)拐角部位的局部模型進(jìn)行有限元分析（圖1）。

圖1 車(chē)門(mén)密封條變形有限元分析模型

密封條密實(shí)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(shí)驗(yàn)擬合所得。網(wǎng)格大小為0.4 mm，單元類(lèi)型為一階四面體；車(chē)門(mén)和車(chē)身鈑金簡(jiǎn)化為剛體。密封條和車(chē)門(mén)、車(chē)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(mén)變形分析

2.1 邊界和工況定義

由于密封條裝配是通過(guò)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(gè)自由度的約束，工況為車(chē)門(mén)關(guān)閉的位移量。注意，車(chē)門(mén)位移是繞著車(chē)門(mén)鉸鏈進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的。

2.2 結(jié)果分析

模擬車(chē)門(mén)關(guān)閉后，此部位密封條產(chǎn)生的密封力為9.5 N（標(biāo)準(zhǔn)：10.0±2.0 N），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(chē)身鈑金的縫隙內(nèi)，產(chǎn)生漏水現(xiàn)象。此結(jié)構(gòu)實(shí)際裝車(chē)并通過(guò)淋雨實(shí)驗(yàn)，確實(shí)出現(xiàn)了漏水現(xiàn)象。

圖2 原結(jié)構(gòu)密封力曲線圖

圖3 原結(jié)構(gòu)密封條關(guān)門(mén)變形云圖

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

3 改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1 改進(jìn)后模型

通過(guò)以上變形圖找出壓縮變形不符合的部位，然后對(duì)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(duì)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(gè)排水槽，然后通過(guò)有限元方法再次模擬驗(yàn)證此結(jié)構(gòu)的可行性。

圖4 優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)對(duì)比

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。

圖5 改進(jìn)結(jié)構(gòu)密封力曲線圖

圖6 改進(jìn)結(jié)構(gòu)密封條關(guān)門(mén)變形云圖

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 密封力實(shí)驗(yàn)

通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)和密封力工裝，對(duì)優(yōu)化后的密封條實(shí)物進(jìn)行密封力性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果滿足密封力要求。

4.2 裝車(chē)淋雨實(shí)驗(yàn)

密封條裝車(chē)匹配后變形狀態(tài)與理論分析基本一致，通過(guò)淋雨實(shí)驗(yàn)，未出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)滿足要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于Marc 的有限元分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)有效解決了車(chē)門(mén)漏水問(wèn)題，為密封條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，減少不必要的設(shè)計(jì)變更，為公司節(jié)約成本。