摘 要 文章主要通過運(yùn)用ABAQLS有限元軟件在密封條上進(jìn)行的非線性有限元的探析，來得到汽車密封條上所受到的壓力、變形的形狀和變形特征，從而為以后的汽車密封結(jié)構(gòu)的更準(zhǔn)確設(shè)計(jì)來提供一個科學(xué)有力的依據(jù)。下文總體通過有限元技術(shù)在汽車密封條結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探析，來進(jìn)行相關(guān)的論述和說明。

關(guān)鍵詞 有限元技術(shù) 密封條 優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號：U463.83文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0前言

隨著人們生活水平的不斷提升，人們對汽車的要求已經(jīng)從單純的代步交通工具改變?yōu)閷ζ涫孢m性、可用性等，并且對汽車自身的方振、隔音等密閉的方面的需求也越來越重視。而廠商為滿足客戶需求，也為降低汽車產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)頻率，提升產(chǎn)品的研制成功率，便把有限元技術(shù)應(yīng)用在汽車密封條結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)劃階段，來提供相應(yīng)的評價(jià)和分析，從而為生產(chǎn)過程中汽車密閉工藝性能的改進(jìn)提供科學(xué)有力的保障。本文通過運(yùn)用ABAQLS有限元軟件在密封條上進(jìn)行的非線性有限元的探析，來得到汽車密封條上所受到的壓力、變形的形狀和變形特征，從而為以后的汽車密封結(jié)構(gòu)的更準(zhǔn)確設(shè)計(jì)來提供一個科學(xué)有力的依據(jù)。

1 ABAQUS軟件介紹

該軟件在有限元分析中以及非線性分析領(lǐng)域里，都是被世界上所熟知的，它本身擁有的特點(diǎn)和技能便是與眾不同的，并且還融合了結(jié)構(gòu)、聲、電、流體等學(xué)科，并且同聲固耦合、熱固耦合、流固耦合和熱電耦合于一身，因此它可以進(jìn)行對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)力學(xué)、固體力學(xué)進(jìn)行相關(guān)的分析，并且還擁有可以控制繁雜巨大的問題以及模擬高度非線性相關(guān)問題。但是由于自身功能的限制，它在實(shí)體模型建模的具體方面的問題上則比較薄弱。

2密封條有限元技術(shù)

2.1密封條的幾何特性

EPDM海綿橡膠、EPDM密實(shí)橡膠和金屬骨架是構(gòu)成門框密封條的主要部分。

其中EPDM海綿橡膠是構(gòu)成密封條的最外側(cè)的物質(zhì)，它在車門關(guān)上的時(shí)候可以和車門無縫貼合;EPDM密實(shí)橡膠是在U形骨架上被硫化著的，固定在側(cè)圍門洞止口;金屬骨架則是為衛(wèi)視密封條在正常壓縮時(shí)能夠保證正確的形狀，而固定在U形件中的。

2.2 EPDM材料結(jié)構(gòu)關(guān)系

普通的金屬材料的特性只需要幾個參數(shù)就能夠進(jìn)行描述，而EPDM橡膠材料卻有所不同，因?yàn)樗旧頃r(shí)非線性的，所以材料行為比較復(fù)雜。ABAQUS軟件為用戶提供了多種的超彈性材料的應(yīng)變能密度的函數(shù)，這些都是EPDM用來構(gòu)建密封條橡膠有限元分析模型的。介紹一些EPDM分析常用的應(yīng)變能密度函數(shù)模型，其一，Mooney-Rivlin應(yīng)變能密度函數(shù)：W=C1（I1-3）+C2（I2-3）;其二，Ogden應(yīng)變能勢函數(shù)，圖1所示。

2.3單元劃分以及選擇

在有限元技術(shù)分析中，根據(jù)密封條自身擁有的特點(diǎn)，常常會用簡化的平面應(yīng)變來替換其載荷壓縮，意思就是通過降維把三維問題簡化成二維問題，從而節(jié)約時(shí)間，降低模型難度。這些在ABAQUS中通常都是通過采用四邊形或四邊形占優(yōu)等來進(jìn)行單元的劃分和選擇。

2.4輔助設(shè)計(jì)中的有限元技術(shù)

通過ABAQUS軟件推薦的有限元技術(shù)不難看出，密封條的輔助設(shè)計(jì)本質(zhì)上就是對密封條結(jié)構(gòu)的不斷的優(yōu)化和更新。通過軟件模擬以及優(yōu)化，最后反映給分析人員進(jìn)行剛強(qiáng)度的相關(guān)分析，從而有效的減少密封條的相關(guān)結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)頻率，進(jìn)而提升了產(chǎn)品的精確程度和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)進(jìn)程。

3相關(guān)案例

通過把密實(shí)橡膠同U形骨架安裝在門框密封條的側(cè)圍門洞的邊緣，從而實(shí)現(xiàn)對車門和側(cè)圍門的間隙進(jìn)行完全的密封。但由于受到實(shí)際制作過程中的偏差和人為操作的影響，容易使得車門密封間隙間存在1mm左右的范圍差，從而使得密封條的壓縮量也會存在這1mm之間的變化差。因此，為保障車門密封效果的合格和穩(wěn)定，則需要對密封條壓縮量和密封反力進(jìn)行優(yōu)化，從而使得密封反力對制造過程中存在偏差得以提升。

因此在使用軟件設(shè)計(jì)過程中，常常需要通過以下幾個方面進(jìn)行：其一，通過創(chuàng)建密封條有限元模型來初步創(chuàng)建相應(yīng)的幾何模型;其二，通過創(chuàng)建相應(yīng)的密封條材料和截面的相關(guān)屬性來進(jìn)行功能的設(shè)計(jì);其三，通過軟件裝配相關(guān)部件并完成分析這一階段;其四，定義接觸的相關(guān)數(shù)據(jù)模型;其五，通過軟件定義相應(yīng)的邊界條件和載荷模塊;其六，劃分相應(yīng)的網(wǎng)格，并提升分析的效果;最后就是完成對整個模擬的結(jié)果分析，并為設(shè)計(jì)分析者提供數(shù)據(jù)。

4優(yōu)化結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)

密封條的優(yōu)化設(shè)計(jì)重點(diǎn)是在靈敏度較高的部位和尺寸等方面進(jìn)行，由以往實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)容易指導(dǎo)，海綿橡膠的右側(cè)部位由于彎度大，所以容易引起應(yīng)力的集中。所以通過減緩海綿橡膠右側(cè)的彎度來增大圓角，進(jìn)而完成自然過渡的效果，并且相同的使得左側(cè)區(qū)域的海綿泡管便薄，從而使得左右受力平衡。

5結(jié)語

密封性能等的相關(guān)問題通常是在樣機(jī)完成后才能被發(fā)現(xiàn)的。而在這個時(shí)期，對門體/車體結(jié)構(gòu)和密封條結(jié)構(gòu)進(jìn)行的設(shè)計(jì)定型已經(jīng)完成，為此對密封條進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的修改修改，來提高密封效果，便不可避免的會造成成本上的不必要浪費(fèi)甚至延誤項(xiàng)目的進(jìn)度。所以，在設(shè)計(jì)階段對密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)是非常重要的。合理設(shè)計(jì)密封材截面和使用本階段材料，可以有效降低甚至避免后期整改的成本和時(shí)間。

作者簡介：趙祈頎（1987.03-）男，壯族，廣西桂林人，研究生，廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，工程師/教師，研究方向：汽車設(shè)計(jì)制造、汽車服務(wù)。

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