姚 宇

（華晨汽車工程研究院閉合件工程室，遼寧 沈陽 110141）

前言

外水切，在汽車中起到密封、隔音、防塵、減震、裝飾、對車門玻璃導(dǎo)向等作用。在工廠批量生產(chǎn)過程中，外水切的裝配性能直接影響了車間的生產(chǎn)節(jié)拍以及產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。

圖1　問題圖片

某車型的外水切在工廠裝配過程中，出現(xiàn)了水切唇邊卷邊的現(xiàn)象，如圖1所示。為查找問題的原因，本文利用有限元分析的辦法對外水切的裝配過程進(jìn)行模擬。

1　外水切裝配過程分析

問題車型的外水切固定方式為螺釘連接，根據(jù)車間工藝卡可知，外水切安裝過程為：

圖2　

圖3　外水切與車門鈑金形狀對比

車門造型為追求流線效果，通常在腰線位置設(shè)計為Y向為圓弧形狀，而外水切實際生產(chǎn)過程中，為了降低成本，通常在Y向不增加拉彎工藝，如圖3所示。

外水切在安裝過程中，由于鈑金的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于外水切強(qiáng)度，通過車門鈑金止口強(qiáng)制改變外水切形狀，使外水切裝配后呈現(xiàn)與車門一致的流線效果。在打緊螺釘之前，外水切兩端與車門鈑金存在Y向縫隙，外水切最外側(cè)唇邊（圖4）與車門鈑金不貼合。在螺釘打緊的過程中，外水切發(fā)生轉(zhuǎn)動，裝配過程復(fù)雜，當(dāng)唇邊導(dǎo)向不明顯時，極易出現(xiàn)卷邊問題。

圖4　螺釘打緊前外水切端部狀態(tài)

2　外水切裝配過程有限元分析

Abaqus作為一款有限元分析軟件，適用于非線性問題分析。外水切唇邊材質(zhì)通常為PVC，在裝配過程中受力產(chǎn)生較大變形，屬于典型的非線性形變問題。由于三維模型分析工作量較大，而經(jīng)過以往項目長期的驗證，典型結(jié)構(gòu)的二維斷面分析結(jié)果與三維分析基本一致，通常情況下可以使用二維斷面代替三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。因此，本文選用外水切端部位置典型斷面代替三維模型進(jìn)行分析。同時，為進(jìn)一步減少計算量，對外水切斷面進(jìn)行簡化，簡化掉不影響裝配效果的結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

圖5　外水切簡化模型

將外水切斷面導(dǎo)入到Abaqus中，選擇本構(gòu)模型為Ogden模型，輸入材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線值。根據(jù)實際工況對外水切和車門鈑金進(jìn)行裝配，按照旋轉(zhuǎn)+逼近的裝配過程設(shè)定分析步和邊界條件。運(yùn)行軟件進(jìn)行仿真分析，結(jié)果如圖6所示，從圖中可以看出，外水切端部在正常裝配時，有出現(xiàn)唇邊卷邊的風(fēng)險。因此，需要對外水切斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

圖6　外水切有限元分析結(jié)果

3　外水切結(jié)構(gòu)優(yōu)化及驗證

結(jié)合圖6分析結(jié)果，對外水切唇邊結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，如圖7所示，外水切唇邊形狀為半徑為R的圓弧，車門鈑金與圓弧半徑的角度為α，在外水切螺釘打緊過程中，外水切發(fā)生轉(zhuǎn)動，圓心位置發(fā)生變化，角度α逐漸減小，通過仿真分析可知，角度α越小，接觸時發(fā)生卷邊的風(fēng)險就越大。

圖7　外水切卷邊原因分析

考慮到零件的制造誤差以及人工裝配不確定因素較多，問題水切的唇邊結(jié)構(gòu)存在較大風(fēng)險。為徹底解決此問題，將外水切唇邊做導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，即將唇邊圓弧做成反弧形狀，如圖8所示。

圖8　優(yōu)化后外水切唇邊形狀

將優(yōu)化后的外水切斷面導(dǎo)入Abaqus，按照相同的邊界條件進(jìn)行分析，結(jié)果如圖9所示。通過有限元分析進(jìn)行驗證，可知優(yōu)化后的斷面規(guī)避了唇邊卷邊問題。

圖9　優(yōu)化后外水切有限元分析結(jié)果

4　結(jié)論

車門外水切作為具有外觀功能的零件，裝配性的好壞直接影響外觀效果。在設(shè)計前期充分利用 Abaqus有限元分析軟件進(jìn)行仿真，結(jié)合零件的實際工作邊界條件，能夠有效的規(guī)避許多設(shè)計原因產(chǎn)生的問題。本文只是 Abaqus在密封系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用的一例，旨在為以后的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供一種新思路、新方法。

[1] 付治存.有限元技術(shù)在汽車密封條結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用[J].汽車零部件,2015（11）.

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