基于MSC.Marc的车门密封条安装间隙分析及优化

吴定凯 雷德春

摘 要：针对车门密封条在装车过程中存在间隙问题，利用非线性有限元分析软件MSC. Marc建立车门密封条三维仿真模型，分析车门密封条与车门钣金安装间隙的原因，并对车门钣金安装孔间距的进行优化，解决了车门密封条与车门钣金安装间隙问题。

关键词：车门密封条 安装间隙 有限元分析 优化

Abstract：Aiming at the installation clearance of door outer seal in the assembly process， the 3D simulation model was established by using MSC and Marc， the highly nonlinear analysis software. And its causes of the installation clearance between the door outer seal and the sheet metal were analyzed. And then through the optimization of the clearance between the installation holes， this clearance problem was solved.

Key words：door sealing， installation clearance， finite element analysis， optimization

车门密封条是安装在车门钣金上，在车门关闭时与车身侧围发生接触变形，起到缓冲作用;同时阻隔车辆内部与外部空气流通，起到防风、防尘、防水和隔声等作用。车门密封条通过卡扣卡接方式安装在车门钣金上，如果钣金上卡扣安装孔间距设计不合理，车门密封条在安装后会与钣金产生间隙，如图1所示，造成车门密封条密封不严，导致车厢内部内漏风、漏水、噪声增加。赵建才【1，2】利用基于弧长法的有限元方法对密封条起皱现象进行了研究，获得了密封条失稳起皱的临界条件，解释了密封条弯曲起皱的机理，并对其结构进行了优化。李欢等【3】利用非线性有限元软件Msc.Marc分析了建立三维分析模型对车门密封条进行弯曲分析，并对其结构进行了优化。赵健【4】利用非线性有限元软件Msc.Marc，对行李箱条和门洞条进行密封力、插拔力、弯曲分析，仿真分析出初始设计方案存在密封力偏大、装配困难、弯曲塌陷等问题，并对其结构进行了优化。

本文借助非线性有限元软件MSC.Marc，构建车门密封条三维模型，分析密封条安装后产生间隙的原因，并对车门钣金安装孔间距进行优化，以解决汽车车门密封条在安装后与车门钣金存在安装间隙的问题。

1 车门密封条安装模拟

1）材料模型建立

發泡胶在较大变形情况下其弹性为非线性，且随着空隙度的变化，体积变化也会十分显著，用Foam模型的应变能函数来描述其材料力学性能。

式中，为材料常数，他们的值可通过试验数据拟合得到，在模型中考虑的项目数为N=2或N=3。

2）结构建模

车门密封条是由发泡胶组成，断面结构上可以分为压缩变形部分和卡扣安装部分，断面结构如图2所示。车门密封条通过卡扣一端嵌入到密封条腔体内，另一端卡入车门中的安装孔中进行固定。

车门密封条安装模拟采用三维模型进行，在MSC.Marc中发泡胶材料选用7号各向同性单元，其中截面网格单元尺寸为0.5mm，长度方向网格为2mm，分析模型如图3所示。

3）建立边界条件

车门密封条安装过程属于高度非线性问题，卡扣安装结构比较复杂，对结构进行部分简化和边界条件进行如下设置：

a）车门密封条长度为745mm，车门钣金数据作为安装面，取钣金安装孔的中心作为密封条的安装位置，模拟密封条安装后的变形状态;

b）选取车门密封条上卡扣孔中心位置，将此中心位置沿着X/Y/Z三个方向移动到钣金安装孔的中心位置;

c）设置车门密封条与车门钣金间摩擦系数为0.5。

4）安装间隙现象分析

利用自适应步长（多个准则）法对车门密封条进行安装分析，密封条的安装状态如图4所示。

如图4所示，车门密封条在安装后中间部位存在3.3mm的安装间隙，影响密封效果，造成车厢内部漏风、漏水和噪声增加等问题。造成这一问题的原因主要是由于钣金安装孔间距设计不合理，车门密封条在安装在有凹面弧度的车门钣金上时，密封条无法按照钣金凹面进行完全贴合，造成了车门密封条在安装后与钣金产生了安装间隙的问题。

2 钣金安装孔间距优化

影响车门密封条安装间隙的因素比较多，如密封条的结构、材料、车门弯曲弧度和孔间距等。在密封条的结构、材料和车门弯曲弧度不改变的情况下，根据密封条的装配要求，通过改变孔间距大小来消除车门密封条安装间隙。经过多次改进，钣金孔间距的优化前和优化后比较如图5所示。

对钣金孔间距优化后结构进行安装模拟分析，车门密封条在安装后间隙明显改善，安装状态如图6所示。

3 实际装车验证

在实际装车验证过程中，车门密封条按照优化后的孔间距进行装车，间隙问题明显改善，装车效果如图7所示。

4 结论

运用Msc.Marc有限元分析方法对车门密封条进行三维安装分析，模拟了装车过程中车门密封条与车门钣金存在安装间隙现象。同时通过对车门钣金安装孔间距的优化，解决了车门密封条与车门钣金安装间隙问题，并在装车后得到验证。

参考文献：

[1]赵建才，吴定凯.轿车车门玻璃导槽密封条弯曲唇边起皱问题分析及其结构优化[J].橡胶工业，2018，v.65（08）：932-934.

[2]赵建才.轿车车门密封条结构的非线性有限元分析及优化设计研究[D].上海交通大学，2002.

[3]李欢，李慧林，张斌等. 基于MSC. Marc的汽车车门密封条起皱分析及优化[J]. 橡胶工业，2015（62）：169-171.

[4]赵健.汽车密封条结构的有限元分析研究[D].浙江大学，2013.

作者简介

吴定凯：（1988—），男，汉族，浙江宁波人，工程硕士，工程师。研究方向：密封件产品结构设计与仿真。