1. 项目概述

采用有限元分析的方法，对车门密封条在玻璃插入和拔出过程中的力进行仿真分析，并基于仿真分析得到的密封条变形情况和应力分布来判断结构设计是否合理，对密封条截面形状进行优化，可以使车窗玻璃运动顺畅且不失密封性能。

在进行仿真分析的时候充分考虑了装配状态残余应力以及约束方式对结果的影响。并且使用有限元法进行仿真分析来代替依靠试验的传统设计方法，具有成本低、周期短的优势。

2. 平面问题理论

平面应力问题：在这种情况下，已知 𝜎𝑧=𝜏𝑧𝑥=𝜏𝑦𝑧=0

平面应变问题：在平面应变条件下，由于长度方向的约束ω = 0,(z方向的无限延伸， 相当于刚性约束)沿长度方向几何形状不变，载荷也沿 z方向不变，故位移𝑢,𝑣仅为𝑥,𝑦的函数，而与 z无关，由此可以沿长度方向任取一个与 푂푥푦 面平行且厚度等于 1的断面作为模型来分析。 于是有:𝜀𝑥=𝜕𝑢𝜕𝑥,𝜀𝑦=𝜕𝑣𝜕𝑦,𝛾𝑥𝑦=𝜕𝑢𝜕𝑦+𝜕𝑣𝜕𝑥

及:

ε_z = γ_zx = γ_yz = 0

其用应力表示的应变协调方程为:

𝛻2（𝜎𝑥+𝜎𝑦）

𝛻2为拉普拉斯算子。

3. 分析模型及流程

本文以华晨中华某款轿车的车门密封条为实例，其断面如图 3-1所示，使用平面应变单元进行分析。

图 3-1

为了使得到的插拔力更准确，需要考虑将密封条装入刚性导槽后残余应力的影响，因此首先对密封条装入导槽的过程进行仿真。通过对密封条施加适当的载荷，把密封条由自然状态安装进刚性导槽后，释放导槽与密封条上的全部约束，使其在平衡位置稳定，然后再向其插入和拔出玻璃断面，如图 3-2所示：

图 3-2

分析过程需要使用多种接触类型和接触算法，如图 3-3，以及接触对的打开和关闭控制等。假想的约束位置和释放约束的先后顺序也对计算的收敛效果有很大影响。

图 3-3

总共通过 6个分析步来完成整个过程的模拟，如图 3-4所示：

图 3-4

4. 分析结果与结论

本文在计算了密封条由自然状态装入导槽然后计算插拔力工况的同时，还进行了另外两种工况的分析进行对比，即把密封条调整到安装进导槽之后的位置，然后去掉残余应力再进行插拔力的计算，和把密封条调整到安装进导槽之后的位置，然后约束密封条的接触边界，再进行插拔力的计算。三种工况的计算结果如图 4-1所示：

由结果可知，忽略残余应力的影响对密封条插拔力的计算影响不大，结果稍小于真实的数值，但对于约束密封条某些接触边界的工况，则对计算结果影响较大，数值明显大于真实情况。直接输出接触力曲线，用玻璃断面完全插入密封条时刻的数值乘以摩擦系数便可得到密封条的夹持力，如图 4-2：

我们与上海某橡塑工业有限公司达成单体橡胶件从金属件中脱离计算脱落力项目合作。