有限元技术在汽车密封条结构优化设计中的应用探析

摘 要 文章主要通过运用ABAQLS有限元软件在密封条上进行的非线性有限元的探析，来得到汽车密封条上所受到的压力、变形的形状和变形特征，从而为以后的汽车密封结构的更准确设计来提供一个科学有力的依据。下文总体通过有限元技术在汽车密封条结构优化设计中的应用探析，来进行相关的论述和说明。

关键词 有限元技术 密封条 优化设计

中图分类号：U463.83文献标识码：A

0前言

随着人们生活水平的不断提升，人们对汽车的要求已经从单纯的代步交通工具改变为对其舒适性、可用性等，并且对汽车自身的方振、隔音等密闭的方面的需求也越来越重视。而厂商为满足客户需求，也为降低汽车产品的实验频率，提升产品的研制成功率，便把有限元技术应用在汽车密封条结构的设计规划阶段，来提供相应的评价和分析，从而为生产过程中汽车密闭工艺性能的改进提供科学有力的保障。本文通过运用ABAQLS有限元软件在密封条上进行的非线性有限元的探析，来得到汽车密封条上所受到的压力、变形的形状和变形特征，从而为以后的汽车密封结构的更准确设计来提供一个科学有力的依据。

1 ABAQUS软件介绍

该软件在有限元分析中以及非线性分析领域里，都是被世界上所熟知的，它本身拥有的特点和技能便是与众不同的，并且还融合了结构、声、电、流体等学科，并且同声固耦合、热固耦合、流固耦合和热电耦合于一身，因此它可以进行对复杂的结构力学、固体力学进行相关的分析，并且还拥有可以控制繁杂巨大的问题以及模拟高度非线性相关问题。但是由于自身功能的限制，它在实体模型建模的具体方面的问题上则比较薄弱。

2密封条有限元技术

2.1密封条的几何特性

EPDM海绵橡胶、EPDM密实橡胶和金属骨架是构成门框密封条的主要部分。

其中EPDM海绵橡胶是构成密封条的最外侧的物质，它在车门关上的时候可以和车门无缝贴合;EPDM密实橡胶是在U形骨架上被硫化着的，固定在侧围门洞止口;金属骨架则是为卫视密封条在正常压缩时能够保证正确的形状，而固定在U形件中的。

2.2 EPDM材料结构关系

普通的金属材料的特性只需要几个参数就能够进行描述，而EPDM橡胶材料却有所不同，因为它本身时非线性的，所以材料行为比较复杂。ABAQUS软件为用户提供了多种的超弹性材料的应变能密度的函数，这些都是EPDM用来构建密封条橡胶有限元分析模型的。介绍一些EPDM分析常用的应变能密度函数模型，其一，Mooney-Rivlin应变能密度函数：W=C1（I1-3）+C2（I2-3）;其二，Ogden应变能势函数，图1所示。

2.3单元划分以及选择

在有限元技术分析中，根据密封条自身拥有的特点，常常会用简化的平面应变来替换其载荷压缩，意思就是通过降维把三维问题简化成二维问题，从而节约时间，降低模型难度。这些在ABAQUS中通常都是通过采用四边形或四边形占优等来进行单元的划分和选择。

2.4辅助设计中的有限元技术

通过ABAQUS软件推荐的有限元技术不难看出，密封条的辅助设计本质上就是对密封条结构的不断的优化和更新。通过软件模拟以及优化，最后反映给分析人员进行刚强度的相关分析，从而有效的减少密封条的相关结构方面的设计频率，进而提升了产品的精确程度和产品的设计进程。

3相关案例

通过把密实橡胶同U形骨架安装在门框密封条的侧围门洞的边缘，从而实现对车门和侧围门的间隙进行完全的密封。但由于受到实际制作过程中的偏差和人为操作的影响，容易使得车门密封间隙间存在1mm左右的范围差，从而使得密封条的压缩量也会存在这1mm之间的变化差。因此，为保障车门密封效果的合格和稳定，则需要对密封条压缩量和密封反力进行优化，从而使得密封反力对制造过程中存在偏差得以提升。

因此在使用软件设计过程中，常常需要通過以下几个方面进行：其一，通过创建密封条有限元模型来初步创建相应的几何模型;其二，通过创建相应的密封条材料和截面的相关属性来进行功能的设计;其三，通过软件装配相关部件并完成分析这一阶段;其四，定义接触的相关数据模型;其五，通过软件定义相应的边界条件和载荷模块;其六，划分相应的网格，并提升分析的效果;最后就是完成对整个模拟的结果分析，并为设计分析者提供数据。

4优化结构辅助设计

密封条的优化设计重点是在灵敏度较高的部位和尺寸等方面进行，由以往实验的数据容易指导，海绵橡胶的右侧部位由于弯度大，所以容易引起应力的集中。所以通过减缓海绵橡胶右侧的弯度来增大圆角，进而完成自然过渡的效果，并且相同的使得左侧区域的海绵泡管便薄，从而使得左右受力平衡。

5结语

密封性能等的相关问题通常是在样机完成后才能被发现的。而在这个时期，对门体/车体结构和密封条结构进行的设计定型已经完成，为此对密封条进行结构上的修改修改，来提高密封效果，便不可避免的会造成成本上的不必要浪费甚至延误项目的进度。所以，在设计阶段对密封结构进行改进是非常重要的。合理设计密封材截面和使用本阶段材料，可以有效降低甚至避免后期整改的成本和时间。

作者简介：赵祈颀（1987.03-）男，壮族，广西桂林人，研究生，广西农业职业技术学院，工程师/教师，研究方向：汽车设计制造、汽车服务。

参考文献

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