1、載貨汽車門密封系統的結構優化設計摘要隨著我國經濟的快速發展，汽車產業作為國民經濟的一個重要的支柱產業在近年內得到了快速的發展。隨著技術水平和制造工藝的上升，消費者對汽車的舒適性能提出了更為嚴格的要求。而汽車的密封性能是評價汽車舒適性的一項重要指標，其中門密封系統是汽車車身密封中十分重要的一環，它密封性能的好壞將對乘客艙的舒適性產生很大的影響。在門密封系統中門密封條對密封性能影響最大。車門密封條在隔絕車內外空間，防止車外空間的塵土、雨水侵入車廂，同時也在汽車高速行駛時阻斷車內外空氣流動有很大作用，提高汽車的乘坐舒適性。門密封條大多由epdm橡膠材料制成，同時為了保證密封的性能，密封條通常具有復雜

2、的截面形狀。由于密封條材料和結構的復雜性，使得新密封條的開發流程十分的繁瑣，需要進行重復多次的實驗才能定型生產。但是近年來計算機技術、非線性材料力學、有限元法和計算機圖學得發展，使得在生產前就可以對其進行計算機仿真分析，對于發現其設計缺陷和優化其密封性能十分有利，提高了設計的品質與效率，同時也有利于降低開發成本.國外先進的密封條生產企業很早就開始了這方面的研究了，我國的密封條cae技術起步較晚，只有少數的企業進行這方面的研究。為了提升我國密封條企業的競爭能力。本文主要涉及新密封條產品的開發，主要對象為載貨汽車的門密封條，在設計中將使用abaqus軟件對密封條結構進行分析，改善密封條的壓縮負荷和

3、壓縮變形。關鍵詞：門密封條，設計，仿真分析，有限元，結構優化abstractwith the development of economy of our country,the automobile industry in china is rapidy developing in recent years.with the development of engineering level and manufacturing technology ,the customers have stricter demand in comfort.and the sealing performance

4、s an important evaluating index of the comfort of automobile,especially the doors sealing is very important.the doors sealing can determine the comfort of customer compartment.but the automotive door weather strip are the most important.the automotive door weather strip in isolated the cars inside a

5、nd outside,preventing the dust and rainwater from getting in inside of the customer compartment,besides it also can prevent air flowing during the in a high speed,all above can improve the comfort of the customer compartment.the automotive door weather strip usually is made by epdm,and to keep the s

6、ealing performances,the strip usually has a complex cross section.because of the material and cross section of the strip,making the exploitation progress very complex,it needs to test again and again until it satisfy the performances.but computer technique,unlinear mechanics of materials,finite elem

7、ent technique and the cad technique fast development,it makes we can simulate the strip before the manufacture,these have many benefit on exploitation,such as we can find the design flaw and optimize the structure of the strip,improve the product quality and deaign efficiency,and reduce development

8、costs.advanced strip manufacturing enterprises of the developed country conducted this flied long time ago,the applying of cae technique in china is not long.there are several enterprises use this technique.to improve the competitiveness of the strip manufacture industry in china.this paper introduc

9、e the exploitation of the truck door weather strip,in progress i use the abaqus program to analyse the strips structure,optimizing the compression load and the deformation of compression.key words:door weather strip,design,simulate,finite element,structure optimize目 錄摘要1abstract21.緒論11.1課題背景11.2課題研究

10、目的和意義21.3課題研究內容22.密封條的介紹32.1密封條的發展32.2密封產業現狀32.3密封條的材料42.4密封條的分類42.5密封條的安裝42.6密封條的尺寸公差要求52.7密封條的斷面設計52.9門密封條簡介62.10小結63.門密封條的設計73.1密封條道數的確定83.2密封條界面更形式的確定93.3車身間隙及密封條壓縮量的確認103.3.1車身間隙的確定103.3.2密封條壓縮量的確定113.4密封條與周邊相關零部件連接方式的確認113.5密封條斷面生產的可行性確定123.6密封條數據設計123.6.1門洞密封條的數據設計133.6.2周邊密封條1數據設計143.6.3周邊密封

11、條2的數據設計153.7小結164.密封條的有限元分析理論174.1有限理論的發展174.2有限理論簡介184.3橡膠材料與有限元194.3.1線性有限元問題與非線性有限元問題194.3.2橡膠材料的有限元分析194.4有限元分析軟件abaqus204.4.1abaqus簡介204.4.2abaqus分析流程224.5小結225.門密封條的結構優化235.1密封條的材料模型235.1.1密實橡膠的材料模型235.1.2海綿橡膠材料模型245.2前處理245.2.1模型分析245.2.2網格劃分與單元的選擇245.2.3材料特性定義255.2.4接觸面的定義255.2.5邊界條件的設定255.3

12、分析結果265.3.1門洞密封條的分析結果265.3.2周邊密封條1的結果分析275.3.3周邊密封條2的結果分析285.4結構優化295.5優化后的密封條結構分析315.5.1門洞密封條優化后分析315.5.2周邊密封條2優化后分析325.5.3周邊密封條2優化后分析335.5.4綜述345.6密封條的一般優化方法介紹345.7密封條的排氣孔確定355.7小結35總結與展望36參考文獻37致謝391.緒論1.1課題背景隨著我國經濟的快速發展，我國的汽車產業也得到了巨大的發展，但是在發展的同時，我國的汽車產業也面臨巨大的挑戰，隨著我國改革開放的程度加深，越來越多的外國汽車企業進入我國。但汽車產

13、業作為我國國民經濟的一項支柱產業，必須要有自己的核心技術，才能在市場中有競爭力。隨著汽車制造工藝的上升，和國民購買力的上升，消費者對汽車提出了更為嚴格的要求，特別是汽車的舒適性，現今一輛車舒適性的好壞，將對其銷量產生很大的影響。密封性作為舒適性的一項重要評價指標，得到了各個汽車企業的重視。汽車車門的密封性能的好壞，將影響乘客對乘客車廂舒適度的體驗。車門密封條作為汽車密封的核心部分，對車門關門力、汽車高速靜音性能等消費者對汽車質量的感知有很大的影響作用，可以說門密封系統的好壞決定了，車廂的密封性能。由于門密封條安裝部位的特殊性，這就對密封條的材料選擇產生了很大限定，當今的門密封條主要才要epdm

14、橡膠材料。同時為了保證密封性能，密封條通常有復雜的截面形狀，還有門密封條的密封部分大都由海綿橡膠（即經過發泡處理的epdm橡膠）。由于密封條材料和結構的特殊性，使得密封條的開發也變得十分的繁復，一個新的密封條要定型生產，必須要開發出樣品的模具，得到實際產品，從而用樣品進行多次的實驗測試，驗證其是否滿足車門的密封要求（通常有主機廠提出這個要求），如不能滿足設計要求就要更改設計，重新開發新的模具并制造樣品，重新進行驗證，現在看這需要耗費很大的精力，同時抬高了密封條的生產成本。隨著計算機仿真技術的發展，工程師們開始在計算機上模擬各種各樣實驗測試。這些使得工程師們在密封條生產前，就可以對密封條進行各項

15、分析。這讓設計者在樣品生產前就可以的到其設計的密封條的部分缺陷，像壓縮負荷不滿足主機廠要求，在密封條轉角處出現褶皺等，這讓我們可以減去很多后期驗證這些性能的實驗，這就使得我們不需要在后期對密封條進行大量的測試試驗了，減小了實驗工作量。這個非常有效的提高了密封條的設計效率，與設計品質，最重要的是使得密封條的開發成本得到了很好的控制。這些技術已在國外先進的密封條制造企業得到了大范圍的應用。但在中國國內具有這些技術能力的企業只有少數的幾家而已，這將對我國的密封條生產企業產生非常不利的影響，為了提高我國汽車密封條行業的競爭水平，這里我將使用先進的有限元分析軟件abaqus對密封條的結構進行分析，并提出

16、優化的方案。本文目的為提出一般的密封條設計方案。相信我國的密封條行業今后一定能國外企業比肩。1.2課題研究目的和意義汽車車門密封條在車身中起密封介質、隔離空間和裝飾等作用。密封條的生產材料、結構和制造工藝直接影響其功能性、可靠性和裝飾性，進而影響到汽車的舒適性和安全性。因此，汽車的密封性非常重要，現在已經成了評價一輛車的重要指標之一。為了保證密封條設計更為的有效率，更加的節約成本，傳統的密封條設計已經不能滿足現代汽車制造行業的需要了。隨著計算機科學、非線性材料力學、有限元法的發展，使得在密封條在生產前就對其進行分析成為可能，從而能有效的提高設計效率，同時降低密封條的開發成本。本文將采用有限元分

17、析的方法對載貨汽車門密封條進行結構的優化。建立其幾何模型和材料模型，并給出仿真所需的邊界條件。通過有限元軟件分析其的壓縮及彎曲變形，根據分析所得結果，提出門密封條的優化方案。提高設計的質量及降低開發成本。1.3課題研究內容研究目標：運用有限元軟件，的密封條的壓縮及彎曲進行仿真分析，得到壓縮條件下，密封條的變形形狀，接觸面的壓力；和彎曲條件下密封條的變形形狀，并根據這些結果，提出密封條的優化方案，對設計進行優化。研究內容：(1)運用非線性有限元法，對密封條進行合理的簡化，建立分析邊界條件，劃分網格；(2)運用ogden模型分別建立密實橡膠的材料模型和海綿橡膠的材料模型；(3)對設計的密封條進行結

18、構優化；(4)分析優化后密封條的評價條件。2.密封條的介紹2.1密封條的發展在最初汽車出現的幾十年里，車身密封技術基本沒有發展。據相關文獻稱，最早的密封條有硬氈制成，它應用于1904年制成的cadillac汽車的側窗玻璃密封。直到上個世紀20年代末才出現運用橡膠材料來制造密封條的技術。大約在1925年用于汽車車身的海綿橡膠密封條才開始出現，但是人們直到40年度末還在使用一般的密實橡膠，這些密封條具有簡單幾何形狀，由于其材料為天然橡膠，所以采用擠出成形的技術，并在蒸汽硫化罐中硫化，尺寸較小的零件是在模具中壓制成形的，活動的玻璃導槽的密封條采用在表面粘上一層織物的方法制造，這這工藝至今仍在部分密封

19、條上使用。從1950年開始，隨著人們對汽車車身氣候適應性和駕駛情趣的要求的不斷提高，車門密封條才開始使用海綿橡膠來制造。60年代末，玻璃導槽密封條開始使用植絨的工藝來制造，此種技術在美國首先投入使用，稍后推廣到歐洲，60年代得到大范圍使用。大約與此同時，出現了由pvc包覆金屬骨架，在粘貼上海綿橡膠的門框密封條。70年代，密實橡膠與海綿橡膠復合擠出的工藝替代了海綿橡膠粘貼的工藝，同時發動機蓋和行李艙蓋的密封條也大多采用此技術。隨著近年里我國汽車工業的發展，對密封條的需求也越來越大，作為汽車相關的密封條制造業，多次引進國外技術，和國外企業進行合資等方式，經過20多年的發展，我國的密封條制造業已經具

20、備了一定的基礎與規模，能基本上滿足國內汽車對密封的需求。2.2密封產業現狀經過多年的發展，我國目前在汽車密封條結構設計技術方面,國內密封條企業已有長足的進步。汽車密封條的結構設計技術經過十多年來圖加工、測繪設計和來樣仿制的初級設計階段后,近年來數家先進企業己經成功推廣應用了飯金件的計算機數據帶自主獨立設計密封條三維數字模型,做到了與新型汽車的同步設計,同步開發,現己不需要密封條來圖來樣,真正研制出我國自行開發設計的汽車密封條。并在國內新車型開發和老車型改造中取得了多次成功。同時通過汽車密封條計算機三維設計、工藝裝備(尤其是接角模具)的三維設計和模具等電加工機床計算機間進行局域聯網,大大縮短了汽

21、車密封條的研制開發周期,也顯著提高了密封條研制開發的技術水平。在國外先進的汽車密封條企業中,汽車密封條設計技術已經達到從汽車車身飯金件設計一密封條設計一模具設計一密封條模擬生產一裝車效果一密封條及模具設計修改一密封條生產,整個循環過程全采用計算機數字模擬研制開發方法,該方法更先進,可降低成本和縮短研制周期。所以我國密封條設計和開發技術與國際水平相比還有差距。據悉國內有些企業正準備開始嘗試開發此計算機技術。2.3密封條的材料密封條由于安裝位置遍布車身各個部分，因此對材料有一定的耐候、耐老化性能，較好的機械強度、伸長率和壓縮變形及耐寒性。根據主體部分的使用范圍，溫度適應性要求很高，從零下40oc到

22、零上80oc都要求有良好的性能。膠帶長時間暴露在空氣中而不產生裂紋，所以對材料提出了耐臭氧老化的要求。密封條裝飾件要求在大氣臭氧濃度下至少穩定3年以上，一般對臭氧氧化不穩定的橡膠材料不考慮。密封條產品的原材料，有epdm、pvc、熱塑性彈性體如tpv等。epdm材料具有良好的加工性，可以與鋼帶、鋼絲編織帶、絨布、植絨、pu涂層、有機硅涂層等復合，保證車輛與外界的防水、防塵、隔音、隔熱、減振和裝飾作用，一般情況下epdm密封條使用壽命可達十幾年，但成本較高，且報廢零件無法循環使用。pvc密封條具有材料成本低、加工方便等優勢，但其缺陷是耐候性差，易出現龜裂和變硬的問題。隨著歐洲法規對于汽車零部件回

23、收要求的不斷提高，熱塑性彈性體tpv逐漸成為設計密封條所選用的原材料，但是由于工藝、設備、成本等諸多問題，熱塑性彈性體密封條目前在國內的應用還較為有限。由于目前我國的技術水平限制，國內大多數的門密封條采用epdm橡膠，而且在國內epdm橡膠材料的供應商數量非常有限，所以大部分密封條原材料大都是從國外進口的，這一現狀很大制約了我國密封條制造業的發展。所以在發達國家淘汰epdm橡膠之際，國內的密封條原材料企業，也應該跟緊國際先進技術，做到在新技術上面不落后。為了保證密封條的各項性能，通常會在原料中添加各種添加劑，像抗氧化劑、防老劑、特種配合劑、軟化劑等，但添加劑的量應該進行控制，以不影響膠料的性能

24、為準。2.4密封條的分類這里我按照密封條在車身上的不同位置作為分類標準（此外還有按密封條材料、工藝等進行分類的）。有發動機艙密封條、風擋密封條、側門密封條、行李艙密封條、天窗密封條。在所有這些密封條中，側門密封條對車身密封性能的影響最大，是車身密封性的一重要評價指標側門密封條又有門框密封條、門洞密封條、玻璃導槽、內外水切。門洞密封條結構比較復雜，有epdm密實橡膠、epdm海綿橡膠和鋼骨架三部分組成。內外水切也由epdm密實橡膠、鋼骨架組成但是為了減少玻璃運動的阻力，一般在與玻璃接觸的部分植絨。2.5密封條的安裝（1）嵌入固定法：利用密封條本身的凹凸部分過盈插入門或窗的相應部位來達到固定的目的

25、。此方法操作簡單,但易脫落，一般只宜用于載貨汽車上。（2）機械固定法：此方法雖然牢固可靠，但工序復雜，成本高，多用于載重汽車和大型客車上。采用嵌入固定法或機械固定法視使用的場合與要求而定，如果設計恰當，嵌入固定法更能表現它的優點，占用位置小，而且緊湊經濟。（3）粘合固定法：采用膠粘劑或填入膩子直接將橡膠密封條與金屬粘合，工藝簡單，效率高且牢固，一般采用的膠粘劑和膩子是jx一19膠粘劑，它具有較好的初始粘力，在常溫下不需要加壓可進行粘合，或推薦用sl一4多用途結構膠粘劑，其耐熱老化、耐濕老化、耐溫度交變、耐振動性好，可作非片面粘合固定用，也可以用jn一8風窗密封膠，它以一種解聚丁基橡膠為主體，并

26、配入低分子量的聚異丁烯及填充物，用于汽車擋風玻璃和膠條的密封，能防風、防水、防寒，也可以用jn一(s一2)密封膠,即以液態聚硫橡膠為主體，適用于門窗的頂面和立面粘合固定操作用。2.6密封條的尺寸公差要求大部分的橡膠密封條是以壓出硫化，所以屬橡膠壓出制品的范疇，除要求嚴格控制膠料、工藝及性能外，對作復合制品時還需具有精密尺寸的支撐體骨架材料如彈簧鋼片骨架等。骨架鋼片厚度一般為0.3rnm以，在超高頻硫化當中，骨架的形狀尺寸牽涉到高頻滲透金屬表面層的深度，在感應升溫時避免微波反射，遮斷傳送回路，并且其所示狀態在高頻硫化的特定條件下，為避免發火花造成著火。一般在金屬件的表面不應有水分、油等，以防產品

27、產生氣泡和腐蝕現象。另外，金屬骨架材料在使用中要考慮其所處空間的部位，以防高頻硫化中電場電路中斷。除海綿外各種形式橡膠密封條根據使用要求，尺寸公差執行gb3672一83橡膠空心模壓和壓制制品尺寸公差，其中裝配尺寸公差按e2，非裝配尺寸公差按e3執行，長度尺寸公差按表中l3執行。海綿壓出制品截面和長度尺寸公差按iso3302一6執行。作為壓出制品的橡膠密封條，其生產中的制品尺寸公差要求比模壓橡膠密封制品要大，膠料在強制通過口型后發生膨脹并在隨后的硫化過程中發生收縮和變形，一般軟的硫化膠(即硬度50irhd)比硬度大的硫化膠需要更大的公差，在橡膠密封條橫截面的尺寸中一般要限定二個公差即可，關鍵部位

28、尺寸要嚴，其它部分可酌情寬一些，公差一般是選取對稱分布。2.7密封條的斷面設計橡膠密封條的斷面結構一般包括密封和安裝兩個主體部分，有時也在產品剖面加有備注裝飾面的要求，如植絨、涂膜等，密封部分根據密封空間位置及其大小，起密封部分的受壓方向和最適宜的壓縮量來進行設計或選型；安裝部分則取決于固定部位尺寸的大小和固定的方式，固定方式為嵌入固定、機械(鉚釘)固定和粘合固定等。密封膠條斷面形狀設計有很大的選擇性，形狀設計中如靠唇形起密封作用時，唇的腰部尺寸應沿著根部逐漸加厚以保證密封唇有足夠的彈性和接觸壓力，減少壓縮時的變形。對于空腔形的設計，其壁不能過厚也不宜過薄，厚的彈性雖好但關閉時費力，太薄則密封

29、部位缺乏挺性而易變形。橡膠密封條主要是利用本體結構中唇空腔凸緣等部位的彈性與組裝的裝飾件(玻璃或金屬件)等接觸物體的表面產生接觸壓力而起到密封和裝飾作用，一般在-5080oc范圍內使用。2.9門密封條簡介汽車車身密封性設計是針對車身室內居住性環境改善,提高車身防腐蝕性要求而進行的。主要包括：防止雨(水)、塵土、污染氣體侵入室內的密封性設計；防止振動、噪聲、熱量侵入室內的密封性設計;防止腐蝕介質侵蝕車身板件密封性設計。按照以上密封性要求及密封結構特點，一般將密封性設計分為靜態密封和動態密封兩類。對車身上的門、窗、孔蓋等活動部位之間的配合間隙進行密封，稱為動態密封。動態密封是靠密封條的壓縮變形來填

30、充構件間的縫隙，使車身室內與外界隔絕，僅能防止風、雨和塵土侵人室內,提高隔音和隔熱性能，以保持車內環境，同時還能緩和車門關閉時的沖擊力和車身在行駛中的振動。就普通汽車而言，所使用的門密封系統,主要是使用海綿橡膠+密實橡膠+金屬骨架復合結構的門框密封條，其接頭處于門檻部位。而轎車一般配有多級門密封系統：其內層密封系統采用海綿橡膠密封管同外表面包敷絨布的棱邊保護條粘接結構的密封條：中層密封系統是采用帶雙面不干膠帶的海綿橡膠密封條，中層密封系統對降低噪音起到了重要的作用；外層密封系統采用帶有完整的玻璃導槽結構的密封條，用于密閉車身頂蓋與門框之間的間隙。這種密封條的主要特點是其密封部位在裝卡部位的側部

31、,裝卡方向與密封受力方向相垂直,在使用過程中密封條存在從車身板上脫落的可能。決定車門密封條的密封性、安裝牢固性及車門關閉力大小的因素主要是材料硬度、材料密度、斷面幾何形狀及金屬骨架類型和強度等。2.10小結本章介紹了密封條的發展，及密封條產業和運用的現狀，初步介紹了門密封條。3.門密封條的設計車門密封根據其密封部位可分為車門與門框之間的密封，以及門窗玻璃的密封。本文主要的研究對象為車門與門框之間的密封。車門與門框之間在結構設計中應具有一定的間隙，通過在其間安裝橡膠密封條來實現車室內部與外界的隔離。防止風、雨水、灰塵和噪聲等侵入車內，并對車門的關閉起到緩沖作用，防止車輛在行駛中車門發生振動。圖3

32、-1車門與門框之間密封條的裝配方式如圖3-1為車門與門框之間的密封結構及密封條的裝配方式。一般根據轎車車身的密封性能要求，采用單層密封或雙層密封。密封條根據設計的需要，可以安裝在車門上，亦可以安裝在門框上,或者兩方面并用。車門密封條根據其裝配固定方式一般有粘著式、嵌入式、卡夾式和鑲嵌式，粘著式是采用粘接劑將密封條固定在密封部位，粘著面應平整，多用于車門和窗框上。嵌入式是將密封條機械地嵌入構件的斷面內，這種安裝方式要求構件斷面有安裝固定槽座，因而多用于冷拉型材或滾壓成形的車門窗框上。卡夾式是將金屬或塑料的卡夾植入密封條中，再將卡夾插入車門側板的孔口中，從而實現密封條固定。對于平整光滑的密封面來說

33、這種安裝方法簡便。鑲嵌式密封條由u形夾持件和密封條兩部分組成。通過夾持件的夾持力使密封條固定在車門門框的止口上或車身其他部位的凸緣上，能掩蓋凸緣的毛邊。若在夾持件的外表面壓制出花紋或包覆其他裝飾材料，對車身內飾邊緣具有裝飾作用。由于這種密封條安裝可靠、方便、密封連續性好，在車身密封設計中被廣泛使用。鑲嵌式密封條一般用于車門和艙蓋等部位的密封。對車門來說,要求密封條沿門框四周能與車門內側均衡柔軟地接觸。在設計中，首先應考慮車門在關閉狀態下，密封條是如何接觸受力和被壓縮的，應保持壓縮接觸面和接觸方向的一致性，這一點與車門的形狀和鉸鏈的位置有關。此外，還應考慮車輛行駛中車門的振動情況，以免密封條在使

34、用中變扭曲而影響密封性能，或被撕脫。車門密封條的斷面形狀一般分中空形和唇形兩種，如圖3-2所示。中空密封條是通過空腔的變形來調節面接觸強度的,其密封性及緩沖防振性均好,多作為結構的主要密封部分。唇形密封條一般為線接觸,接觸強度主要取決于根部的厚度。密封條斷面形狀的設計應考慮接觸強度、密封條的安裝部位,以及車門的結構形式和密封要求,而且,為保證良好的密封效果,根據密封間隙合理選擇中空形密封條的壓縮量或唇形密封條的彎曲貼緊程度是非常重要的。圖3-2 密封條的裝配固定方式圖3-3 門密封條的斷面形式3.1密封條道數的確定現代汽車對密封的性能要求越來越高，在所有提升車門密封性能的方法中，增加密封條的道

35、數能明顯的提高密封性能，但是增加密封條的道數會增加整車的成本，將使汽車售價升高，所以多道密封條主要應用在高檔轎車上。而在經濟型車而言，一道密封條已經能滿足密封的要求。作為生產工具的載貨汽車，為了提升其性價比，通常我們都安裝一道密封條。不過一道密封條的工作負荷比較大，所以我們可以在密封比較薄弱的部位安裝有阻隔作用的周邊密封條。根據我們對載貨汽車的市場定位，所以在載貨汽車的門密封上，我們采用一道半密封條：一道門洞密封條，半道周邊密封條。根據對標車型我們選擇周邊密封條安裝在側圍鈑金上，即所有密封條都安裝在車身上。3.2密封條界面更形式的確定門洞密封條，周邊密封條是本文設計的主要內容。門洞密封條顧名思

36、義就是安裝在門洞上的密封條。門洞密封條不僅要保證密封性，還要承受關門時的沖擊力，因此它要有彈性，也要有韌性主要由密實橡膠基體和海綿橡膠泡管兩部分組成。密實橡膠內有金屬骨架，起到加強膠條定型和固定作用。海綿橡膠泡管柔軟并且富有彈性，騎著受壓變形，卸壓反彈的功能。此外，因為與內飾之間相隔很近，常在靠近駕駛室一側有唇邊與內飾配合，在其上有色彩或是貼有織物，起到裝飾作用。門洞密封條的泡管形式有雙泡密封條、單泡密封條、無泡密封條。圖3-4 門洞密封條的泡管形式車門頭道密封條并不是每輛車都有，為了降低汽車制造成本，通常只有一道密封條，但是為了提升密封效果，就會安裝上周邊密封條，周邊密封條的主要起是阻隔作用

37、，減輕在門洞密封條在密封環境比較惡劣的條件下的工作負荷，提高門的密封性能。車門周邊密封條結構有兩種,一種為全海綿膠泡管，另一種由密實膠基體和海綿膠組成。這里設計密封條要安裝車型的對標車型為福特fo h476，這里我參考這個車型的部分數據進行密封條的初始設計。由于門洞密封條是安裝在鈑金的接頭處，所以需要有夾持部分；同時根據測量數據，需要密封的間隙都在15mm以上，根據企業的標注，這里密封條泡管形式采用雙炮管。在門密封環境較為惡劣的上測部分和車門的前側部分，在這兩個部分氣流比較復雜，同時塵土和雨水的干擾比較嚴重，所以在這兩個部位安裝周邊密封條，提升車門的密封品質。由于周邊密封條的住主要是阻擋的作用

38、，所以周邊密封條不需要有比較復雜的結構了。同時由于安裝部位比較特殊，在鈑金過度的曲面形狀比較復雜不利于裝配，所以為了裝配的方便，周邊密封條設計為兩段。典型截面的定型：門洞密封條：采用雙炮管結構；周邊密封條窗框處：單泡管結構；周邊密封條鉸鏈處：無泡管結構。3.3車身間隙及密封條壓縮量的確認3.3.1車身間隙的確定1）門洞密封條對于門洞密封條來說，這里的車身間隙為側圍鈑金和車門密封面鈑金之間的間隙。這個間隙即為密封間隙，在密封條壓縮方向上的間隙值d0是需要保證的結構參數。圖3-5 車門密封的結構由整車企業提供的數據，可以得到此間隙值d0得大小為：門檻處：16.995mm、16.935mm、16.9

39、92mm；鉸鏈處：16mm、16.01mm、15.951mm；門鎖處：15.994mm、15.965mm；上窗框處：16.992mm、15.959mm、15.743mm。由以上數據可以得到：密封間隙的最大值與最小值相差較小，同時密封面的過渡很平緩無大的變化，所以為了降低汽車的生產成本，這里采用等截面的密封條。周邊密封條1(下文以此名稱指安裝在窗框附近的密封條)由整車企業提供的數據，此處的密封間隙為15.182mm到18.805mm，封面過渡平緩。3）周邊密封條2（下文以此名稱指安裝在鉸鏈附近的密封條）由整車企業提供的數據，此處的密封間隙為12.044mm到11.812mm。以上便為各個需要密封

40、部分的密封間隙。由于密封面之間密封的間隙變化不大，而且與密封條接觸的密封面過渡平滑，同時考慮到成本問題，此處在幾個密封部位選擇等截面的密封條。3.3.2密封條壓縮量的確定密封條的壓縮量是密封條設計的一重要參數。前邊我提到過門密封條的密封形式是動密封，這是以車門的開關來定的。但是在密封條實現密封作用時，車門與車身的相對位置是不會改變的，而密封主要就靠密封條的變形來補充密封間隙來實現密封。壓縮變形是密封條實現密封性能的方式，由于密封條材料的原因，密封條的壓縮變形并不是越大越好。在確定密封條的壓縮量時我們需要考慮，密封條的回彈，當密封條的壓縮量超過一定限度是，密封條就會產生塑性變形，使得密封條在下次

41、關門時不能很好的實現密封了，這將影響密封條的密封性能。根據福特的研究結果，密封條的壓縮載荷占了關門力的大約30%到50%，這就是說密封條的壓縮量太大將會使關門力變大，而使關門變得困難，這將影響消費者的使用心情，對汽車的銷售造成不利影響。由企業標準，由于門洞密封條密封條為主密封，所以這里取密封條的壓縮量為5-7mm；周邊密封條1的壓縮量為5-8mm；周邊密封條2的要縮量為5-8mm。3.4密封條與周邊相關零部件連接方式的確認密封條的安裝方式有四種：（1）塑料卡扣；（2）雙面膠帶；（3）嵌入安裝；（4）同周邊零件直接卡接。其中卡槽裝配和卡扣裝配是較為可靠的裝配方式，卡槽裝配式密封條依靠安裝部的卡槽

42、夾持在門框卡板上。卡槽一般由密實橡膠和骨架復合而成，其中骨架由鋼帶、鋼絲編織帶等材料制作而成，為安裝部提供了基本的夾持力。卡槽內的齒形唇邊起到防脫出和增強密封的作用。在密封條的安裝部，還有延伸的唇邊，起遮蔽和裝飾的作用。卡扣裝配式密封條的安裝部位是一腔體，一般由海綿橡膠構成。卡扣一端嵌入到安裝腔體內，另一端卡入車門上的安裝孔內。雙面膠安裝是將密封條底部貼合雙面膠帶，通過膠帶和鈑金連接固定，這種密封條的密封性能較好。嵌入安裝是指將密封條機械地嵌入門框和窗框的安裝特征內，這種密封條的固定強度不佳，為了防止脫落，往往需要在密封條的接角區域增加輔助固定特征或防滑特征。門洞密封條由于安裝位置已經確定，通

43、常它的安裝方式為同周圍零件直接卡接。為了提高密封性能，可在安裝門洞密封條時在卡槽中加入不干膠。周邊密封條一般采用采用塑料卡扣的安裝方式，但是為了提高密封性能還需要在安裝面上進行涂膠處理，雙面膠帶安裝方法不僅能保證密封條與安裝面的緊密接觸，同時采用雙面膠帶不需要再安裝面打孔，工藝相對于卡扣安裝要簡單，所以這里為了提高工藝性，使裝配流程更短，此處周邊密封條的安裝方式采用3m雙面膠帶固定。周邊密封條1安裝在側圍上，周邊密封條2安裝在車門上。3.5密封條斷面生產的可行性確定根據上文，門洞密封條采用雙炮管結構，周邊密封條1采用單泡管唇邊結構，周邊密封條2采用無泡管結構；同時這些密封條都為等截面密封條。當

44、今密封條的生產都采用連續擠出硫化的工藝，結構簡單的也有采用模具注射的方式生產。擠出工藝現在能實現復合擠出，即集中材料同時擠出成形，并且采用計算機控制擠出材料的量來實現截面形狀的精準控制。橡膠密封條的復雜斷面的成型是在機頭內進行的。口型使膠料具有一定的形狀。口型雖然是一種結構簡單的成型口模型，但在幾何尺寸上是很難確定的，一定要通過反復試驗修改才能生產出的膠條斷面符合產品圖紙要求（也可采用計算機模擬生產來設計口型）。口型的幾何尺寸隨著橡膠膠種及配方而變化。用成型模，連續壓出的制品尺寸不是收縮而是膨脹。所以在口型制作時首先根據膠料的膨脹率做出形狀與產品斷面相似的口型，產品斷面可以放大10倍作圖。擠出

45、成型模要充分考慮到型口每一部位的膠料擠出阻力與流量的關系，一定要使擠出的膠料均勻，如某一部位流量大就會引起某一部位斷面厚薄不均，是壓出速度不平衡而造成半成品彎曲或起波紋，可在口型后面加一“壓腳”以增加該部位的壓出阻力，使壓出平衡。壓出溫度是壓出工藝的關鍵。一般天然橡膠壓出溫度比合成橡膠的壓出溫度相對高些，但壓出溫度過高或過低均會直接影響壓出速度和產品表面的光滑性。一般是冷機身、溫機頭、熱口型，但溫度的掌握要以保證半成品不自流或表面不發生毛糙和氣泡為準。硫化是橡膠類產品必須的一道工藝，老式硫化方法是間接蒸汽或者直接蒸汽法，這種方法生產效率低，質量波動大，大批量生產同一規格或尺寸相近的制品時，就應

46、該采取連續硫化的特型生產流水線，這樣在操作過程中用不著儲存和運送半成品，可以較經濟的利用熱能，無粉塵污染之害，對產品質量和外觀都有保證。目前國內陸續引進了不少國外的連續硫化裝備，有熱空氣烘道連續硫化設備，也有微波連續硫化設備等。隨著汽車工業的發展對密封膠條也提出越來越高的質量要求，除在連續硫化設備中采用復合機頭的復合型橡膠密封條生產以，還要求表面植絨，提高裝飾的密封性和美感。這些工藝目前國內各生產廠商相繼投入使用。由于橡膠密封條具有可連續生產的特點，因此適用于多種熱載體的硫化，如鹽浴硫化、熱空氣烘道硫化、高頻硫化、玻璃微珠沸騰床硫化、輻射電子束硫化、遠紅外硫化等。根據上面的介紹，目前的國內密封

47、條生產工藝能滿足設計要求。所以密封條斷面確定：門洞密封條為雙泡管結構，周邊密封條1為單泡管加唇邊密封結構，周邊密封條2為無泡管結構。3.6密封條數據設計密封條的數據設計主要為密封條壓縮方向的尺寸設計，其他方向的尺寸由對標車型及設計者的經驗來確定。3.6.1門洞密封條的數據設計在密封條的開發設計階段，需要考慮車門與車體之間的空隙，來確定密封條與車門或車體之間的干涉量。以干涉量來確定密封條得壓縮量，就壓縮變形量來說，孔的擠壓量不要超過孔內徑的50 %，以保證車門密封條隨時都有較好的密封性能。在最佳條件下密封條起密封作用，密封部分的尺寸變形量為孔徑1/3到1/2。車門與車體的自由空間尺寸未受約束時大

48、約為5mm（其中固定體壁厚為2mm，內凸緣厚度為1mm，海綿膠壁厚為2mm)。因此，孔徑擠壓時，最佳尺寸必須大于車門與車體間自由空間尺寸公差。即不低于5mm，得到其自由空間尺寸公差為± 2.5mm。圖3-6 擠壓作用下的密封條部分尺寸設空間自由尺寸為a，泡管內徑為b。得到如下數據：（1） 自由空間尺寸：（mm）；（2） 變化范圍：（mm）；（3） 密封條最小內徑：（mm）；（4） 密封條最大內徑：（mm）；（3-1）簡化上兩式可得到泡管內徑的取值范圍為： （3-2） （3-3）由前文得出的結論，本文設計的密封條為等截面密封條，所以此處選取密封間隙的最小值來計算密封條泡管內徑的取值。則

49、a=15.951mm，得最小泡管內徑取值范圍：最大泡管內徑取值范圍為：加上密封條泡管壁厚得泡管外徑取值范圍為：對于載貨汽車來說，通常要求密封條的壓縮量為密封間隙的一半。所以這里我取密封條泡管外徑為23.93mm，在以上的計算范圍之內。如圖3-7為門洞密封條的斷面結構和一些相關的尺寸。圖3-7 門洞密封條的斷面結構及相關尺寸3.6.2周邊密封條1數據設計周邊密封條有前面的結論選用的是單泡管帶唇邊結構。這根密封條的密封間隙值為從15.182mm到18.805mm，最大值與最小值相差3.623mm。由于周邊密封條的作用為阻擋作用，所以對于周邊密封條1可不必過多的考慮壓縮量的大小。根據前文結論的帶泡管

50、的周邊密封條的壓縮量為5-8mm，所以此處取密封條壓縮方向的尺寸為23mm。如圖3-8所示即為周邊密封條1的斷面結構及相關尺寸。圖3-8 周邊密封條斷面結構及相關尺寸3.6.3周邊密封條2的數據設計同周邊密封條1。此密封條的密封間隙為12.044mm到11.812mm。最大值與最小值相差0.132mm，相差值較小，適合使用無泡管密封條，無泡管密封條密封功能依靠唇邊的變形來實現，所以這里需要定出唇邊的壓縮量，有企業相關資料得到無泡管密封條的壓縮量為5-8mm。根據對標車型卻定密封條壓縮方向上的尺寸為17.12mm。圖3-9 周邊密封條2的斷面結構及相關尺寸3.7小結本章介紹了門密封條的一些技術，

51、并對門密封條進行了初始的設計，涉及材料、安裝。重點對密封條的斷面結構進行了初始的設計。4.密封條的有限元分析理論4.1有限理論的發展有限元法起源于上世紀四十年代初期。在1943年，當時的數學家r.庫朗己從數學上明確提出過有限元的思想，他第一次嘗試應用定義在三角形區域上的分片連續函數的最小位能原理求解st.venant扭轉問題。然而,此方法發展很慢，直到1956年tumer，clough，martin和topp等人在他們的經典論文中第一次給出了用三角形單元求得的平面應力問題的真正解答。他們利用彈性理論的方程求出了三角形單元的特性，并第一次介紹了今天人們熟知的確定單元特性的直接剛度法。他們的研究工

52、作探討了早期有限元法的理論，促成了有限元法的誕生，隨當時出現的數字計算機一起打開了求解復雜平面彈性問題的新局面。由于當時的條件有限，計算機剛出現，有限元法的基本思想離散化的概念沒有引起重視。后來，許多數學家、物理學家由于各種原因都涉及過有限元的概念。但由于即使一個小規模的工程問題，用有限元分析都會產生較大的工作量，所以直到1960年后，隨著計算機技術的發展，有限元這門特別依賴數值計算的學科才真正進入了飛速發展的階段。先是英國的航空學教授j.h.阿吉里斯和他的同事運用網格思想成功地進行了結構分析，他們的研究工作從復雜結構的分析中發展出了有限元的雛形。美國的r.w.克拉夫教授在1960年首次使用“

53、有限元法（finite element method）”這一概念。60年代中、后期，國外的數學家開始介入對有限元法的研究，促使有限元法有了堅實的數學基礎，他們對有限元法的發展做出了重要貢獻。1965年，英國的o.c辛凱維奇和同事y.k.ceung宣布，有限元法適用于所有能按偏分形式進行計算的場問題，使有限元法獲得了一個更為廣泛的解釋，有限元法的應用也推廣到更廣闊的領域。有限元法從出現到發展，經歷了從線彈性到彈塑性到彈粘塑性，從解決小變形問題到大變形問題，從靜力問題到復雜的動力接觸問題直至瞬態的碰撞響應問題的歷程,應用范圍也不斷拓展，不斷地走向更為成熟的新階段。有限元技術所涉及的內容有：有限元法

54、在數學和力學領域所依據的理論；單元的劃分原則，形狀函數的選取及協調性；有限元法所涉及的各種數值計算方法及其誤差，收斂性和穩定性；計算機程序設計技術等。作為利用計算機進行數值模擬分析的方法，有限元法自上世紀50年代出現，經過20多年的發展，到70、80年代在理論上已比較成熟，作為工程結構靜動力強度析的有效工具，有限元法在工程技術領域中的應用越來越廣泛，有限元的計算結果己成為各類工業產品設計和性能分析的可靠依據，成為最強有力的數值分析方法之一。對于工程技術人員來說，在求解工程技術領域的實際問題時，建立基本方程和邊界條件相對容易，但是由于其幾何形狀,材料特性和外部載荷的不規則性，要求得解析解是很困難

55、的。有限元法把求解區域看作由許多小的在節點處相互連接的子域(單元)構成，其模型給出基本方程的分片（子域）近似解。由于單元（子域）可以被分割成各種形狀和大小不同的尺寸，所以它能很好地適應復雜的幾何形狀、材料特性和邊界條件。由于有限元法在解決工程技術問題時的靈活、快速及有效性,再加上它有成熟的大型軟件系統支持，所以發展非常迅速。最初有限元法被用來研究飛機結構中的應力問題，目前，其解題范圍己經包括了各個領域（固體力學、生物力學、流體場、電磁場、溫度場、聲場）的數理方程；已經成為解數理方程的一種非常受歡迎的應用極廣的數值計算方法。4.2有限理論簡介有限元法的基本思想是將一個實際的結構(彈性連續體)劃分

56、為有限大小的，有限個數的單元組合體進行研究。這些單元僅在節點處連接，單元之間的載荷也僅由節點傳遞。這個把連續體劃分為離散結構的過程稱為有限元的離散化，也叫單元劃分。利用離散而成的有限元集合體代替原來的彈性連續體，建立近似的力學模型，對該模型進行數值計算，通過對這些單元分別進行分析，建立其位移與內力之間的關系，以變分原理為工具，將微分方程化為代數方程，再將單元組裝成結構，形成整體結構的剛度方程：ku=q式中：k為結構的整體剛度矩陣；u為節點位移列陣；q為節點載荷列陣元。離散后單元節點的設置、性質和數目應根據問題的性質、描述變形形態的需要和計算精度而定（一般情況下，單元劃分越細則描述變形情況越精確

57、，即越接近實際變形，但計算量也越大）。所以有限元法中分析的結構已不是原有的物體或結構物，而是同樣材料的由眾多單元以一定方式連結成的離散物體。這樣做的結果造成用有限元分析計算所獲得的結果只能是近似的。如果劃分單元數目足夠多而合理，則所獲得的結果就與實際情況相符合。分析過程中首先從單元分析入手，確定單元內的位移、應變、應力模式，并確定單元節點力與單元節點位移的關系，建立單元剛度矩陣。根據離散化結構的聯接方式，將各個單元剛度矩陣進行組集，得到反映整體結構位移與載荷關系的總體剛度方程。通過求解該剛度方程可以得出各個單元的位移，再利用單元分析得到的關系可以求出單元應力及其應變。可見，有限元分析的主要內容是：單元離散化、單元分析、整體分析。有限元法與傳統的力學方法有很大差別，正是這種差別，使得它能夠把許多難以求解的問題變的容易處理：（1）由于可任選單元體的形狀和尺寸，故可以“組拼”出形狀復雜的機械零件。在作應力分析時，無需對零件的幾何形狀作過多的簡化，從而提高了解題精度，擴大了可解的范圍；（2）對于應力集中區可以減小單元體尺寸