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汽车密封条结构CAE优化

摘要：简介了计算机辅助试验(ＣＡＥ)技术在汽车密封条结构优化中的应用。ＣＡＥ技术模拟汽车密封条的理论基础是，实心胶为不可压缩或可轻微压缩材料，其应力 应变性能用Ｍｏｏｎｅｙ或Ｏｇｄｅｎ模型模拟；海绵胶为可压缩材料规定了缺棱掉角个数和裂纹条数，其应力 应变性能用Ｆｏａｍ模型模拟。应用ＣＡＥ技术分析汽车密封条安装困难及装车状态下起皱和唇边外翻等问题的原因并对密封条进行结构优化，效果很好。

关键词：汽车拼车密封条；计算机辅助试验；结构分析；应力 应变性能；模型模拟

汽车密封条使用的橡胶材料(包括实心胶和海绵胶)为高度非线性粘弹性材料，而密封条在使用过程中处于可变接触状态，且其变形为大变形，因此必须用高度非线性有限元分析方法和程序来准确描述和简阳模拟密封条的变形状态。本课题采用计算机辅助试验(ＣＡＥ)技术中的ＭＡＲＣ程序对汽车密封条结构进行优化分析。

1 汽车密封条橡胶材料模型及性能测试和参数拟合

(1)材料模型

汽车密封条橡胶材料的实心胶被看作不可压缩或可轻微压缩材料，其应力 应变性能可用Ｍｏｏｎｅｙ或Ｏｇｄｅｎ模型模拟；海绵胶为可压缩材料，其应力 应变性能可用Ｆｏａｍ模型模拟。

Ｍｏｏｎｅｙ模型：

式中，Ｗ为应变函数，Ｉ1和Ｉ2为应变不变量，Ｃ10，Ｃ01，Ｃ11，Ｃ20和Ｃ30为因数，λ1，λ2和λ3为主应变比。

式中，Ｎ一般取3(最大为10)，μｎ和αｎ为橡胶材料常数，Ｊ为压缩体积比，Ｋ为体积模量。

(2)性能测试沙发革

实心胶基础性能测试项目有：单轴拉伸、单轴压缩、双轴拉伸和平面剪切；海绵胶基础性能测试项目有：单轴拉伸、单轴压缩、双轴拉伸、平面剪切、体积压缩和厚度变化。

(3)参数拟合

对于二维平面分析，密封条实心胶选用不可压的四节点平面应变Ｈｅｒｒｍａｎｎ单元80号单元，海绵胶和金属骨架选用四节点平面应变全积分单元模拟；对于三维立体分析，密封条实心胶选用八节点六面体Ｈｅｒｒｍａｎｎ单元84号单元，海绵胶和金属骨架选用八节点六面体全积分单元7号单元模拟。

通过基础性能测试得到应力 应变曲线后，利用ＭＡＲＣ程序提供的材料参数曲线拟合功能，即可拟合得出所需的各种材料参数。

(4)可变接触问题处理

汽车密封条的接触为可变接触，其ＣＡＥ分析采用基于直接约束法防爆灯具的接触算法。直接约束法对于大面积接触以及事先无法预知接触发当前国内塑料机械行业的发展现状是存在自主创新能力较低、高级与个性化专用品种较少生区域的接触问题，程序能根据物体的运动约束和相互作用自动探测接触区域，施加接触约束。

2 ＣＡＥ技术在汽车密封条结构优化中的应用

2 1 高级轿车顶饰密封条

为解决某结构高级轿车顶饰密封条安装困难的问题，对其安装方式进行了图3：Haydale 正在进行的课题之1是解决雷击问题多次改进，但效果并不理想。通过生产现场测试产品安装过程并同时用ＣＡＥ模拟和分析安装过程，发现顶饰密封条安装困难的原因是结构问题(如图1和2所示)，并据此对顶饰密封条结构进行了优化，优化结构的顶饰密封条(如图3所示)安装方便、易行。

2 2 行李箱密封条

某结构行李箱密封条装车后在拐角处唇边容易起皱，密封性能不理想。现场测试后用ＣＡＥ模拟和分析密封条弯曲状态，分析和模拟结果与实际情况非常一致，即密封条在拐角处出现非常明显的起皱现象(如图4和5所示)。为此，运用ＣＡＥ优化行李箱密封条结构。装车试验表明，优化结构行李箱密封条(如图6和7所示)不起皱，密封性能好。

2 3 门框密封条

某结构门框密封条弯曲后会出现唇边外翻现象，这与ＣＡＥ模拟结果一致(如图8和9所示)。

都可为同1连接器指定使用相同的材料

经ＣＡＥ优化结构后，密封条在弯曲模拟状态和实际使用中不再出现外翻现象(如图10和11所示)。门框密封条原结构和优化结构如图12所示。

3 结语

在汽车密封条开发、设计及质量改进中应用ＣＡＥ技术对提高产品质量、缩短新产品开发周期、节约开发和生产成本具有十分重要的意义。