基于MSC.Marc的車門密封條安裝間隙分析及優(yōu)化

吳定凱 雷德春

摘 要：針對車門密封條在裝車過程中存在間隙問題，利用非線性有限元分析軟件MSC. Marc建立車門密封條三維仿真模型，分析車門密封條與車門鈑金安裝間隙的原因，并對車門鈑金安裝孔間距的進行優(yōu)化，解決了車門密封條與車門鈑金安裝間隙問題。

關鍵詞：車門密封條 安裝間隙 有限元分析 優(yōu)化

Abstract：Aiming at the installation clearance of door outer seal in the assembly process， the 3D simulation model was established by using MSC and Marc， the highly nonlinear analysis software. And its causes of the installation clearance between the door outer seal and the sheet metal were analyzed. And then through the optimization of the clearance between the installation holes， this clearance problem was solved.

Key words：door sealing， installation clearance， finite element analysis， optimization

車門密封條是安裝在車門鈑金上，在車門關閉時與車身側(cè)圍發(fā)生接觸變形，起到緩沖作用;同時阻隔車輛內(nèi)部與外部空氣流通，起到防風、防塵、防水和隔聲等作用。車門密封條通過卡扣卡接方式安裝在車門鈑金上，如果鈑金上卡扣安裝孔間距設計不合理，車門密封條在安裝后會與鈑金產(chǎn)生間隙，如圖1所示，造成車門密封條密封不嚴，導致車廂內(nèi)部內(nèi)漏風、漏水、噪聲增加。趙建才【1，2】利用基于弧長法的有限元方法對密封條起皺現(xiàn)象進行了研究，獲得了密封條失穩(wěn)起皺的臨界條件，解釋了密封條彎曲起皺的機理，并對其結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化。李歡等【3】利用非線性有限元軟件Msc.Marc分析了建立三維分析模型對車門密封條進行彎曲分析，并對其結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化。趙健【4】利用非線性有限元軟件Msc.Marc，對行李箱條和門洞條進行密封力、插拔力、彎曲分析，仿真分析出初始設計方案存在密封力偏大、裝配困難、彎曲塌陷等問題，并對其結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化。

本文借助非線性有限元軟件MSC.Marc，構(gòu)建車門密封條三維模型，分析密封條安裝后產(chǎn)生間隙的原因，并對車門鈑金安裝孔間距進行優(yōu)化，以解決汽車車門密封條在安裝后與車門鈑金存在安裝間隙的問題。

1 車門密封條安裝模擬

1）材料模型建立

發(fā)泡膠在較大變形情況下其彈性為非線性，且隨著空隙度的變化，體積變化也會十分顯著，用Foam模型的應變能函數(shù)來描述其材料力學性能。

式中，為材料常數(shù)，他們的值可通過試驗數(shù)據(jù)擬合得到，在模型中考慮的項目數(shù)為N=2或N=3。

2）結(jié)構(gòu)建模

車門密封條是由發(fā)泡膠組成，斷面結(jié)構(gòu)上可以分為壓縮變形部分和卡扣安裝部分，斷面結(jié)構(gòu)如圖2所示。車門密封條通過卡扣一端嵌入到密封條腔體內(nèi)，另一端卡入車門中的安裝孔中進行固定。

車門密封條安裝模擬采用三維模型進行，在MSC.Marc中發(fā)泡膠材料選用7號各向同性單元，其中截面網(wǎng)格單元尺寸為0.5mm，長度方向網(wǎng)格為2mm，分析模型如圖3所示。

3）建立邊界條件

車門密封條安裝過程屬于高度非線性問題，卡扣安裝結(jié)構(gòu)比較復雜，對結(jié)構(gòu)進行部分簡化和邊界條件進行如下設置：

a）車門密封條長度為745mm，車門鈑金數(shù)據(jù)作為安裝面，取鈑金安裝孔的中心作為密封條的安裝位置，模擬密封條安裝后的變形狀態(tài);

b）選取車門密封條上卡扣孔中心位置，將此中心位置沿著X/Y/Z三個方向移動到鈑金安裝孔的中心位置;

c）設置車門密封條與車門鈑金間摩擦系數(shù)為0.5。

4）安裝間隙現(xiàn)象分析

利用自適應步長（多個準則）法對車門密封條進行安裝分析，密封條的安裝狀態(tài)如圖4所示。

如圖4所示，車門密封條在安裝后中間部位存在3.3mm的安裝間隙，影響密封效果，造成車廂內(nèi)部漏風、漏水和噪聲增加等問題。造成這一問題的原因主要是由于鈑金安裝孔間距設計不合理，車門密封條在安裝在有凹面弧度的車門鈑金上時，密封條無法按照鈑金凹面進行完全貼合，造成了車門密封條在安裝后與鈑金產(chǎn)生了安裝間隙的問題。

2 鈑金安裝孔間距優(yōu)化

影響車門密封條安裝間隙的因素比較多，如密封條的結(jié)構(gòu)、材料、車門彎曲弧度和孔間距等。在密封條的結(jié)構(gòu)、材料和車門彎曲弧度不改變的情況下，根據(jù)密封條的裝配要求，通過改變孔間距大小來消除車門密封條安裝間隙。經(jīng)過多次改進，鈑金孔間距的優(yōu)化前和優(yōu)化后比較如圖5所示。

對鈑金孔間距優(yōu)化后結(jié)構(gòu)進行安裝模擬分析，車門密封條在安裝后間隙明顯改善，安裝狀態(tài)如圖6所示。

3 實際裝車驗證

在實際裝車驗證過程中，車門密封條按照優(yōu)化后的孔間距進行裝車，間隙問題明顯改善，裝車效果如圖7所示。

4 結(jié)論

運用Msc.Marc有限元分析方法對車門密封條進行三維安裝分析，模擬了裝車過程中車門密封條與車門鈑金存在安裝間隙現(xiàn)象。同時通過對車門鈑金安裝孔間距的優(yōu)化，解決了車門密封條與車門鈑金安裝間隙問題，并在裝車后得到驗證。

參考文獻：

[1]趙建才，吳定凱.轎車車門玻璃導槽密封條彎曲唇邊起皺問題分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].橡膠工業(yè)，2018，v.65（08）：932-934.

[2]趙建才.轎車車門密封條結(jié)構(gòu)的非線性有限元分析及優(yōu)化設計研究[D].上海交通大學，2002.

[3]李歡，李慧林，張斌等. 基于MSC. Marc的汽車車門密封條起皺分析及優(yōu)化[J]. 橡膠工業(yè)，2015（62）：169-171.

[4]趙健.汽車密封條結(jié)構(gòu)的有限元分析研究[D].浙江大學，2013.

作者簡介

吳定凱：（1988—），男，漢族，浙江寧波人，工程碩士，工程師。研究方向：密封件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計與仿真。