轎車車門玻璃導槽密封條彎曲唇邊起皺問題分析及其結構優化

趙建才，吳定凱

（建新趙氏集團有限公司，浙江 寧波 315615）

玻璃導槽密封條是轎車車門玻璃升降系統的主要零部件之一，作為車門玻璃升降的引導部件，其兼具導向、密封、防水、防塵以及降噪等諸多功能[1]。玻璃導槽密封條在安裝過程中，需要匹配鈑金件的弧度，進行三維彎曲變形。如果玻璃導槽密封條結構設計不合理，其在裝車時會在車門轉角出現唇邊波浪形皺紋（如圖1所示），導致密封不嚴，造成車箱內漏風、噪聲增大，同時影響車門外觀。

圖1 玻璃導槽密封條彎曲唇邊起皺

蔡增偉等[2]對轎車行李箱密封條起皺問題進行了CAE分析，并對密封條結構進行了優化。李歡等[3]利用非線性有限元分析軟件MSC.Marc對汽車車門密封條起皺現象進行了研究，并改進了密封條結構。趙建才[4]利用基于弧長法的有限元分析方法對密封條結構進行了探討，獲得了密封條失穩起皺的臨界條件，分析了密封條起皺原因，進行了密封條結構優化。

本研究利用非線性有限元分析軟件MSC.Marc，建立玻璃導槽密封條三維仿真模型，分析裝車過程中密封條彎曲唇邊起皺的原因，并對密封條結構，尤其是唇邊結構進行優化，以解決密封條彎曲唇邊起皺問題。

1 玻璃導槽密封條彎曲變形模擬

1.1 幾何模型建立

玻璃導槽密封條由橡膠（密實）、金屬骨架和涂層（降低與玻璃的摩擦力）組成。橡膠部分分為軟質膠和硬質膠，唇邊為軟質膠，夾持部位為硬質膠；涂層與軟質膠共擠出；橡膠與金屬骨架硫化粘合。玻璃導槽密封條的結構非常復雜，為便于唇邊彎曲特性的分析，對密封條結構進行了簡化，其結構如圖2所示。

圖2 玻璃導槽密封條結構示意

1.2 材料模型建立

橡膠材料是一種特殊的彈性體，在較大變形下其彈性為非線性，可采用應變能勢函數來描述其力學行為，其中應用較多的應變能勢函數是Mooney-Rivlin模型。

式中，C10和C01是與溫度相關的材料常數，由材料試驗確定[5]；I1和I2分別是Cauchy-Green變形張量的第一和第二不變量。

1.3 單元類型選取

玻璃導槽密封條的彎曲變形采用三維仿真模型分析，橡膠選用84號Herrmann單元，金屬骨架和涂層選用7號各向同性單元進行模擬分析。密封條的三維仿真有限元分析模型如圖3所示。

圖3 玻璃導槽密封條三維仿真有限元分析模型

1.4 邊界條件確立

玻璃導槽密封條接觸邊界條件屬于高度非線性，夾持部位結構復雜，其邊界條件設置如下。

（1）玻璃導槽密封條長為600 mm，彎曲半徑為740 mm，對密封條中間部位的金屬骨架加載與Y軸方向相反的位移載荷，模擬密封條的彎曲受力情況。

（2）對密封條兩端的金屬骨架施加Y和Z軸方向的固定位移，防止密封條在Y和Z軸方向移動。

（3）在密封條底部與鈑金接觸部位施加X軸方向的固定位移，防止密封條在X軸方向移動。

1.5 起皺模擬

利用Multi-Criteria法對玻璃導槽密封條彎曲唇邊起皺進行模擬，結果如圖4所示。

從圖4可以看出，密封條彎曲中間部位唇邊明顯起皺，這直接影響密封效果。密封條彎曲唇邊起皺屬于屈曲失穩問題，造成這一現象的原因主要是唇邊厚度較小、弧度較大，隨著彎曲壓力的增大，密封條抗橫向變形的能力下降，當彎曲壓力達到一定值后，密封條結構失去平衡而唇邊形成波浪形皺褶。

圖4 結構優化前玻璃導槽密封條彎曲唇邊狀態

2 玻璃導槽密封條結構優化

導致玻璃導槽密封條彎曲起皺的因素較多[6]，如密封條結構、材料和車門彎曲弧度等。在密封條材料和車門彎曲弧度不變的情況下，根據密封條的裝配要求，優化唇邊結構，調整唇邊厚度和弧度。玻璃導槽密封條的優化結構和原結構斷面對比如圖5所示。

圖5 玻璃導槽密封條優化結構和原結構斷面（局部）對比

對結構優化后的玻璃導槽密封條進行彎曲分析，密封條彎曲唇邊不再出現波浪形皺紋，如圖6所示。

圖6 結構優化后玻璃導槽密封條彎曲唇邊狀態

由于唇邊結構改變會引起壓縮性能變化，因此需對優化結構密封條進行壓縮負荷校核。玻璃導槽密封條的壓縮負荷分析采用二維仿真法，變形方式為平面應變，密封條壓縮負荷與壓縮位移的關系曲線如圖7所示（密封條長度為100 mm）。從圖7可以看出，密封條最大壓縮負荷為5.4 N，滿足（6 2） N指標要求。

圖7 結構優化后玻璃導槽壓縮負荷與壓縮位移關系曲線

3 實際裝車驗證

實際裝車試驗表明，結構優化后的玻璃導槽密封條彎曲唇邊起皺問題解決（如圖8所示）。

圖8 優化結構后的玻璃導槽密封條裝車效果

4 結論

運用非線性有限元分析軟件MSC.Marc，對玻璃導槽密封條彎曲變形進行三維仿真分析，模擬了裝車過程密封條彎曲唇邊起皺狀態。通過對密封條結構，尤其是唇邊結構進行優化，密封條彎曲唇邊不再出現起皺現象，且密封條密封性能滿足要求。