CAE技术在汽车密封条结构优化中的应用

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橡胶工业

!""7年第:"卷

!"#技术在汽车密封条结构优化中的应用

戴元坎，关建民

（上海申雅密封件有限公司，上海!）"#$#!

摘要：简介了计算机辅助试验（%）技术在汽车密封条结构优化中的应用。%&’&’技术模拟汽车密封条的理论基应变性能用)海绵胶为可压缩材料，其础是，实心胶为不可压缩或可轻微压缩材料，其应力(**+,0,+模型模拟；-或./应力应变性能用1(*23模型模拟。应用%&’技术分析汽车密封条安装困难及装车状态下起皱和唇边外翻等问题的原因并对密封条进行结构优化，效果很好。

应变性能；模型模拟关键词：汽车密封条；计算机辅助试验；结构分析；应力(

;；中图分类号：456789:<=>7<#8$

文献标识码：?文章编号：（）#"""(9<"@!""7"6("7:5("7

汽车密封条使用的橡胶材料（包括实心胶和海绵胶）为高度非线性粘弹性材料，而密封条在使用过程中处于可变接触状态，且其变形为大变形，因此必须用高度非线性有限元分析方法和程序来准确描述和模拟密封条的变形状态。本课题采用技术中的)&计算机辅助试验（%&’）A%程序对汽车密封条结构进行优化分析。

$汽车密封条橡胶材料模型及性能测试和参数

拟合

（）材料模型#

汽车密封条橡胶材料的实心胶被看作不可压应变性能可用缩或可轻微压缩材料，其应力(海绵胶为可压缩材)**+,0,+模型模拟；-或./

料，其应力应变性能可用1(*23模型模拟。)**+,-模型：

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式中，（最大为#），%一般取7"#&和&为橡胶材"料常数，’为压缩体积比，*为体积模量。

1*23模型：

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式中，&为橡胶材料常数。$

（）性能测试!

实心胶基础性能测试项目有：单轴拉伸、单轴压缩、双轴拉伸和平面剪切；海绵胶基础性能测试项目有：单轴拉伸、单轴压缩、双轴拉伸、平面剪切、体积压缩和厚度变化。

）参数拟合（7

对于二维平面分析，密封条实心胶选用不可压的四节点平面应变D,EE32++单元9"号单元，海绵胶和金属骨架选用四节点平面应变全积分单元模拟；对于三维立体分析，密封条实心胶选用八海绵胶和节点六面体D,EE32++单元95号单元，金属骨架选用八节点六面体全积分单元$号单元模拟。

式中，!为应变函数，##和#!为应变不变量，

"#"""#"!!!"，#，#，"和"7"为因数，#，!和!7为主应变比。

作者简介：戴元坎（），男，江西吉安人，上海申雅密封件#<$7(

万方数据封条结构设计中的应用。

有限公司工程师，上海交通大学在读博士生，从事%&’技术在密

第,期戴元坎等0%#’技术在汽车密封条结构优化中的应用

*++

通过基础性能测试得到应力应变曲线后，利!

用"#即$%程序提供的材料参数曲线拟合功能，可拟合得出所需的各种材料参数。

（）可变接触问题处理&

汽车密封条的接触为可变接触，其%#’分析采用基于直接约束法的接触算法。直接约束法对于大面积接触以及事先无法预知接触发生区域的接触问题，程序能根据物体的运动约束和相互作用自动探测接触区域，施加接触约束。图’顶饰密封条原结构和优化结构

!%!行李箱密封条

"#$技术在汽车密封条结构优化中的应用%&高级轿车顶饰密封条

为解决某结构高级轿车顶饰密封条安装困难的问题，对其安装方式进行了多次改进，但效果并不理想。通过生产现场在线测试产品安装过程并同时用%#’模拟和分析安装过程，发现顶饰密封条安装困难的原因是结构问题（如图(和)所示），并据此对顶饰密封条结构进行了优化，优化结构的顶饰密封条（如图*所示）安装方便、

易行。

图&

原结构顶饰密封条安装模拟状态之一

图!

万方数据原结构顶饰密封条安装模拟状态之二

某结构行李箱密封条装车后在拐角处唇边容易起皱，密封性能不理想。现场测试后用%#’模拟和分析密封条弯曲状态，分析和模拟结果与实际情况非常一致，即密封条在拐角处出现非常明显的起皱现象（如图&和+所示）。为此，运用%#’优化行李箱密封条结构。装车试验表明，优化结构行李箱密封条（如图,和-所示）不起皱，密封性能好。

!%’门框密封条

某结构门框密封条弯曲后会出现唇边外翻现象，这与%#’模拟结果一致

（如图.和/所示）

。图(

原结构行李箱密封条网格模型

图)原结构行李箱密封条弯曲变形状态（明显起皱）

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+*)橡胶工业&%%+年第*%卷

图!优化结构行李箱密封条网格模型

图"优化结构行李箱密封条变形状态（不起皱）图#原结构门框密封条弯曲变形状态之一

（唇边外翻）

经!"#优化结构后，密封条在弯曲模拟状态和实际使用中不再出现外翻现象（如图$%和$$所示）。门框密封条原结构和优化结构如图$&所示。

结语

在汽车密封条开发、设计及质量改进中应用"#技术对提高产品质量、缩短新产品开发周期、节约开发和生产成本具有十分重要的意义。万方数据图%原结构门框密封条弯曲变形状态之二（唇边外翻）&’优化结构门框密封条弯曲变形状态之一（唇边不外翻）&&优化结构门框密封条弯曲变形状态之二

（唇边不外翻）图&(门框密封条原结构和优化结构

收稿日期：&%%&’$&’%(图$!图