基于Marc的车门密封条有限元分析
曾伟 尹丽 余伟 陈军闰
摘要：本文基于MSC.Marc有限元分析软件，对汽车车门密封条关门变形进行模拟，通过观察密封条的变形找出车门漏水的根本原因和部位，为密封条结构优化设计提供理论依据。
关键词：有限元分析;密封条;车门漏水;超弹性材料;密封力
中图分类号：U465 文献标识码：A
0引言
汽车密封条采用的是三元乙丙橡胶（EPDM）材料，具有良好的弹性、隔音降噪效果。由于密封条实际装配过程中都是处于压缩变形状态，设计结构时，密封条和周边环境件往往处于干涉状态。而干涉量和变形状态对汽车的密封性能起着决定性作用，设计工程师通常根据经验来对密封条的结构和干涉量进行设计和优化。这样会大大降低了设计的可靠性，导致后期问题频发，增加开发成本。
本文通过有限元方法来模拟汽车关门后密封条的匹配状态，可以准确、直观地判断密封条结构和干涉量设计是否合理，通过理论的验证来减少产品试制过程中的结构变更。
1有限元模型建立
由于车门密封条主要通过挤出和注塑工艺成型。挤出段的截面一致，与车门钣金的干涉量相同。车门拐角部位的密封条多采用注塑成型，与钣金的干涉量往往不一致，而车门漏雨问题常常出现此拐角部位。现截取车门拐角部位的局部模型进行有限元分析（图1）。
密封条密实胶采用Mooney材料模型，发泡胶采用Foam材料模型，材料参数由橡胶试片的力学实验拟合所得。网格大小为0.4mm，单元类型为一阶四面体;车门和车身钣金简化为刚体。密封条和车门、车身之间均建立接触关系，密封条自身建立自接触关系，涂层跟钣金间摩擦系数取0.34。
2密封条关门变形分析
2.1边界和工况定义
由于密封条装配是通过3M胶带和卡扣形式固定的，所以可将3M胶带和卡扣部位进行6个自由度的约束，工况为车门关闭的位移量。注意，车门位移是绕着车门铰链进行旋转的。
2.2结果分析
模拟车门关闭后，此部位密封条产生的密封力为9.5N（标准：10.0±2.0N），密封力满足要求（图2）。从密封条变形云图可以看出（图3），此部位压缩变形不符合要求，水容易汇集在密封条和车身钣金的缝隙内，产生漏水现象。此结构实际装车并通过淋雨实验，确实出现了漏水现象。
由上述分析结果可知，车门漏水的根本原因是车门拐角处密封条结构设计不合理导致，故需要对该结构进行优化，在满足密封力的同时要满足防水排水性能。
3改进设计
3.1改进后模型
通过以上变形图找出压缩变形不符合的部位，然后对此部位进行了结构优化处理，优化前后结构对比如图4所示。优化后使密封条在压缩变形后能形成一个排水槽，然后通过有限元方法再次模拟验证此结构的可行性。
3.2优化后结果分析
优化后，密封条产生的密封力为11.3 N（标准：10.0±2.0 N），密封力满足要求（图5）。从密封条变形云图可以看出（图6），此部位压缩变形符合要求，水可以从接触缝隙旁邊的排水槽排出，避免了积水、漏水现象。
4试验验证
4.1密封力实验
通过拉伸实验机和密封力工装，对优化后的密封条实物进行密封力性能测试，测试结果满足密封力要求。
4.2装车淋雨实验
密封条装车匹配后变形状态与理论分析基本一致，通过淋雨实验，未出现漏水现象，实验满足要求。
5结束语
基于Marc的有限元分析结果与实验结果一致，通过改进设计有效解决了车门漏水问题，为密封条结构设计提供理论依据，减少不必要的设计变更，为公司节约成本。
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