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門變形進行模擬，通過觀察密封條的變形找出車門漏水的根本原因和部位，為密封條結構優化設計提供理論依據。

關鍵詞：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 文獻標識碼：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，設計結構時，密封條和周邊環境件往往處于干涉狀態。而干涉量和變形狀態對汽車的密封性能起著決定性作用，設計工程師通常根據經驗來對密封條的結構和干涉量進行設計和優化。這樣會大大降低了設計的可靠性，導致后期問題頻發，增加開發成本。

本文通過有限元方法來模擬汽車關門后密封條的匹配狀態，可以準確、直觀地判斷密封條結構和干涉量設計是否合理，通過理論的驗證來減少產品試制過程中的結構變更。

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此拐角部位?，F截取車門拐角部位的局部模型進行有限元分析（圖1）。

密封條密實膠采用Mooney材料模型，發泡膠采用Foam材料模型，材料參數由橡膠試片的力學實驗擬合所得。網格大小為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系，密封條自身建立自接觸關系，涂層跟鈑金間摩擦系數取0.34。

2密封條關門變形分析

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膠帶和卡扣部位進行6個自由度的約束，工況為車門關閉的位移量。注意，車門位移是繞著車門鉸鏈進行旋轉的。

2.2結果分析

模擬車門關閉后，此部位密封條產生的密封力為9.5N（標準：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，產生漏水現象。此結構實際裝車并通過淋雨實驗，確實出現了漏水現象。

由上述分析結果可知，車門漏水的根本原因是車門拐角處密封條結構設計不合理導致，故需要對該結構進行優化，在滿足密封力的同時要滿足防水排水性能。

3改進設計

3.1改進后模型

通過以上變形圖找出壓縮變形不符合的部位，然后對此部位進行了結構優化處理，優化前后結構對比如圖4所示。優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構的可行性。

3.2優化后結果分析

優化后，密封條產生的密封力為11.3 N（標準：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、漏水現象。

4試驗驗證

4.1密封力實驗

通過拉伸實驗機和密封力工裝，對優化后的密封條實物進行密封力性能測試，測試結果滿足密封力要求。

4.2裝車淋雨實驗

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

5結束語

基于Marc的有限元分析結果與實驗結果一致，通過改進設計有效解決了車門漏水問題，為密封條結構設計提供理論依據，減少不必要的設計變更，為公司節約成本。