張義林，王華麗，李厚琨，賀占蜀

（1.河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030；2.鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

整車線束安裝有節(jié)拍快、勞動(dòng)量大的特點(diǎn)，橡膠護(hù)套安裝插入力的大小決定了線束裝配的難易程度，插入力小的橡膠護(hù)套能夠很大程度上減小裝配工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。因此很多主機(jī)廠都對橡膠護(hù)套的插入力做了相應(yīng)的規(guī)定，要求橡膠護(hù)套有較小的插入力和較大的拔出力。對于新設(shè)計(jì)的橡膠護(hù)套的插入力與拔出力大小，只能作出實(shí)際的樣件通過試驗(yàn)來測出，這樣就增加了產(chǎn)品開發(fā)的成本，更甚至于耽誤產(chǎn)品開發(fā)周期。而使用有限元分析的方法，就可以預(yù)知設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的插入力與拔出力的大小，能夠很大程度地降低產(chǎn)品開發(fā)成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。

1 過孔橡膠護(hù)套插入拔出力分析

1.1 數(shù)據(jù)采集

橡膠護(hù)套一般使用三元乙丙橡膠材料，其屬于超彈性體，不同硬度的橡膠其材料相關(guān)性能也有很大的差異。對橡膠護(hù)套進(jìn)行有限元分析，需要先對橡膠的基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。

1）材料應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)采集，如圖1所示為單軸、雙軸以及平面應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)。

2）三元乙丙橡膠與漆板的摩擦系數(shù)測量，如圖2使用多功能材料表面性能試驗(yàn)儀測量三元乙丙橡膠與漆板之間的摩擦系數(shù)。

1.2 建立材料數(shù)據(jù)庫

把試驗(yàn)測得的材料應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)輸入ABAQUS軟件，選擇合理的數(shù)據(jù)，擬合模型為OGDEN模型，建立三元乙丙橡膠材料屬性的數(shù)據(jù)模型，見表1。

圖1 50度三元乙丙橡膠應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)采集

圖2 三元乙丙橡膠與漆板的摩擦系數(shù)測量

表1 OGDEN擬合模型

1.3 產(chǎn)品建模

對產(chǎn)品進(jìn)行幾何建模，簡化不必要的結(jié)構(gòu)，節(jié)省運(yùn)行時(shí)間，圖3上部的圓環(huán)為簡化的車身鈑金孔，下方為橡膠護(hù)套。將其導(dǎo)入到ABAQUS軟件中，使用三元乙丙材料屬性及試驗(yàn)所得摩擦系數(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行分析。

1.4 使用ABAQUS運(yùn)算分析

1）材料屬性：把建立的三元乙丙橡膠材料屬性賦予橡膠護(hù)套。

2）網(wǎng)格劃分：該分析為典型的接觸分析，由于橡膠屬于超彈性材料，橡膠護(hù)套網(wǎng)格采用八結(jié)點(diǎn)線性六面體單元， 雜交， 常壓力單元C3D8H。

3）分析步：采用3個(gè)分析步，第1個(gè)分析步為插入動(dòng)作，第2個(gè)分析步使橡膠護(hù)套回歸裝配完成時(shí)狀態(tài)，第3個(gè)分析步為拔出動(dòng)作。

4）接觸的設(shè)置：本文研究的橡膠護(hù)套拔力過程非常復(fù)雜，屬于大變形問題，因此需將幾何非線性開關(guān)打開，同時(shí)選擇有限滑移。

5）邊界條件和載荷：邊界條件和載荷需模擬真實(shí)插拔過程，其邊界條件應(yīng)為橡膠護(hù)套的喇叭口處與線束配合纏綁膠帶處完全固定，鈑金相對于橡膠護(hù)套沿Y軸方向運(yùn)動(dòng)。

圖3 幾何建模

2 有限元分析結(jié)果

1）如圖4所示，在0.984749 s處插入力最大為125.726 N，插入力最大處應(yīng)力云圖如圖5所示，在2.52562 s處拔出力最大為56.909 N，拔出力最大處應(yīng)力云圖如圖6所示。

2）對橡膠護(hù)套進(jìn)行插拔試驗(yàn)并與分析結(jié)果做對比，見表2，實(shí)際插入力為117.24 N拔出力為60.98 N。分析結(jié)果與實(shí)際差距不大，對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義。

圖4 插拔力曲線圖

圖5 插入力最大處應(yīng)力云圖

圖6 拔出力最大處應(yīng)力云圖

表2 插拔力有限元結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對比

3 結(jié)論

本文利用有限元軟件ABAQUS建立汽車線束用過孔橡膠護(hù)套插拔力的有限元模型，經(jīng)過仿真分析其結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相對應(yīng)，為類似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供有效的參考價(jià)值。