CN107045567B - 一种基于车门密封精细等效模型的窗框结构设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于车门密封精细等效模型的窗框结构设计方法，其特征在于，包括：S1：将车门的窗框边缘分段成直线段和拐角段，得到各段密封条的压缩‑位移曲线以及各段密封条的刚度系数；S2：建立车门密封精细等效模型；S3：根据车门窗框与门框侧围的间隙和车门密封精细等效模型，得到等效弹簧单元的压缩位移，基于各等效弹簧单元的刚度系数和对应的压缩位移，得到窗框的变形量；S4：根据窗框的变形量得到窗框的刚度最优值和预弯量最优值。与现有技术相比，本发明能获得满足密封要求的更小刚度，可显著压缩集中载荷法所得冗余刚度，能够为计入密封精细反作用的车窗预弯量设计提供更可靠的参考，支持轻量化最低车门刚度优化设计。
Description
技术领域
本发明涉及轿车车门密封系统数字化设计与制造领域，尤其是涉及一种基于车门密封精细等效模型的窗框结构设计方法。
背景技术
车门刚度对车辆安全性和舒适性有很大影响。其中，窗框刚度及变形决定车窗玻璃与导槽密封的配合状态，与整车NVH性能关系密切，NVH是三个英文单词的缩写，即Noise(噪声)、Vibration(振动)和Harshness(声振粗糙度，也可以通俗地理解为不平顺性)。当前，日益发达的高速路网使车速大幅提高。然而，由此带来的高速流固耦合效应极大地影响车门与车身匹配状态。高速风压对车门窗框外向位移与形变最大，导致风噪声主要经过窗框缝隙以及其他孔隙向车内传播。基于高速风压以及密封反作用，在整体刚度设计之初要进行窗框预弯变形量确定。因此，准确计算车门窗框刚度有助于提升整车的高速密封和隔音、隔噪性能。
窗框刚度用于定量评判车窗上部保持良好密封性及保护车窗导槽的能力。传统窗框刚度设计和评估直接施加集中载荷。由于没有精细考虑密封压缩反作用，为保证设计安全，往往采用较大的集中载荷，导致所得窗框刚度偏于保守，有过大冗余量，导致后续车门设计、制造成本增加。面向整车轻量化需求，迫切需要深入研究车门—密封—侧围的空间复杂三元匹配接触作用，以此明确车门窗框的准确受载约束条件，建立窗框刚度精细模型，寻找满足密封要求的更小刚度，以降低制造成本，提升市场竞争力。
窗框设计时须考虑两个关键要素：窗框刚度与窗框预弯。传统的方法是设计者根据经验设计窗框结构及确定预弯量，真实车门制造出来后如果不符合要求然后调整结构。传统的设计方法显然不能满足现代汽车设计的要求。随着计算机发展，使得有限元计算机模拟成为可能。现代汽车设计利用CAE计算机数值模拟技术，在车门制造之前先进行CAE(Computer Aided Engineering，计算机辅助工程)分析，如果满足要求则投入生产，大大地提高了效率，降低了成本。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于车门密封精细等效模型的窗框结构设计方法，通过对车门实际闭合状态和分段密封精细作用的，能获得满足密封要求的更小刚度，可显著压缩集中载荷法所得冗余刚度，能够为计入密封精细反作用的车窗预弯量设计提供更可靠的参考，支持轻量化最低车门刚度优化设计。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于车门密封精细等效模型的窗框结构设计方法包括以下步骤：
S1：将车门的窗框边缘分段成直线段和拐角段，分别对直线段和拐角段处的密封条进行三维压缩有限元分析，得到各段密封条的压缩-位移曲线以及各段密封条的刚度系数；
S2：建立车门密封精细等效模型：将每段密封条等分为多个等效弹簧单元，根据每段密封条的刚度系数得到对应等效弹簧单元的刚度系数，车门密封精细等效模型包括：各段密封条对应的等效弹簧单元和各等效弹簧单元的刚度系数；
S3：根据车门窗框与门框侧围的间隙和车门密封精细等效模型，得到设定作用方向下各等效弹簧单元的压缩位移，基于各等效弹簧单元的刚度系数和对应的压缩位移，得到窗框的变形量；
S4：根据窗框的变形量得到窗框的刚度最优值和预弯量最优值。
所述三维压缩有限元分析中使用二参量Mooney-Rivlin模型的应变能函数仿真密封条的橡胶材料力学性能，所述二参量Mooney-Rivlin模型的应变能函数满足以下公式：
W＝c10(I1-3)+c01(I2-3)
式中，W为应变能；c10,c01为材料常数，由压缩实验获得；I1,I2为橡胶材料的第一应变不变量和第二应变不变量。
所述步骤S1中进行三维压缩有限元分析时，对直线段的密封条沿设定压缩方向直线压缩，对拐角段的密封条绕铰链轴线旋转压缩，通过仿真压缩获得相应的CLD仿真数据，对CLD仿真数据经线性拟合，得到对应的压缩-位移曲线以及刚度系数。
选取设定压缩范围内的各段密封条的CLD仿真数据进行线性拟合，所述设定压缩范围为0≤d≤dmax，2mm≤dmax≤2.3mm，d为压缩位移，dmax为压缩位移的最大值。
所述步骤S1中对直线段和拐角段的密封条按设定的长度再细分为多段。
所述步骤S2中等效弹簧单元的刚度系数满足以下公式：
式中，K0为单段密封条的刚度系数，n为单段密封条所划分的等效弹簧单元个数，K为单段密封条划分的等效弹簧单元的刚度系数。
所述步骤S3具体为：
301：在数学设计模型中测量车门装配到车身上的车门窗框与门框侧围的间隙，基于车门密封精细等效模型的等效弹簧单元，以车门窗框与门框侧围的间隙作为设定作用方向下各等效弹簧单元的压缩位移；
302：对各等效弹簧单元施加相应的压缩位移，并由车门密封精细等效模型的等效弹簧单元的刚度系数，得到各等效弹簧单元所受到的分布载荷情况；
303：根据各等效弹簧单元所受到的分布载荷情况，得到各等效弹簧单元对应窗框的变形量。
所述步骤S4中根据窗框的变形量得到窗框的预弯量最优值的过程为：根据窗框的变形量得到窗框边缘到车门腰线的距离，根据窗框边缘到车门腰线的距离得到变形前后窗框边缘每个点绕车门腰线的旋转角度，以此旋转角度作为窗框的预弯量最优值。
所述步骤S1还对各段密封条进行压缩试验，将由压缩试验数据线性拟合的曲线与三维压缩有限元分析得到的压缩-位移曲线进行对比，若两者差值大于设定阈值，则重新进行三维压缩有限元分析，反之，则执行步骤S2。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)基于分布作用自底向上评估车门受力状态，本发明提出对窗框结构的改进策略。传统窗框刚度设计和评估直接施加集中载荷，为保证设计安全，往往采用较大的集中载荷，导致所得窗框刚度偏于保守，有过大冗余量，导致后续车门设计、制造成本增加，本发明方法针对上述缺陷，采用基于密封分布作用的车门密封分段分析过程，来实现更加符合车门实际密封状态的窗框结构改进。
2)本发明实现基于三维密封闭合作用的CLD曲线及等效刚度曲线拟合，可更加准确地仿真实际密封条受力状态，从而保证更加准确地对窗框结构进行改进。由于密封橡胶属于非线性，并且车身钣金复杂，实际难以获取具体CLD线，因此本发明将车门的窗框边缘分段成直线段和拐角段后再分段采用三维实体压缩仿真，同时配合二参量Mooney-Rivlin模型的应变能函数，可以更好地仿真实际状态密封条的受力情况。
3)本发明利用密封条分段等效及单元等效刚度细化，在直线段和拐弯段的基础上进一步实现窗框部分密封条的实际受力分析，为后续获得精准度更高的窗框变形提供保障。本发明将车门—密封—侧围的复杂作用等效为刚体—弹簧—刚体的多刚体作用，通过对车门不同分段处密封的密封条赋予不同的刚度系数，形成整体密封作用刚度矩阵，以模拟密封对车门窗框的精细反作用力，以此量化计入非均匀密封作用对车门窗框刚度的影响；同时在分段基础上，在车门刚度有限元数值模拟中，为提高仿真精度，需要对每段密封条再进行网格细分，在网格节点上建立等效弹簧单元。
4)本发明基于车门密封精细等效模型，根据实际车窗与门框侧围间隙值，对等效弹簧单元施加位移模拟密封压缩，最后，通过实例的对比分析，表明基于非均匀密封作用的新方法，能获得满足密封要求的更小刚度，以压缩传统集中载荷法下的富余刚度，支持实现轻量化最低车门刚度寻优，同时向车门预变形提供参考。
5)本发明选取设定压缩范围内的各段密封条的CLD仿真数据进行线性拟合，优选地设定2mm≤dmax≤2.3mm，可以在此优选范围获得可以反应实际压缩情况的仿真数据，提高数据准确度。
6)本发明采用车门密封条分段分析方法，同时考虑实际压缩过程中,密封条的压缩方向与车门钣金截面轮廓形状。而现有技术，只考虑密封条反作用力对车门变形影响，未考虑密封条在压缩过程中压缩方向影响，因此计算出的密封条反作用力与真实情况有很大差别，就会导致计算出的车门变形不准确。同时，现有技术只阐述密封条在车门闭合时有一定压缩，而针对密封条实际压缩量的大小，没有给出相应具体数值或图表，也没有说明具体测量方法，不利于开发人员在实际开发中应用。采用本发明方法，通过在设计软件中测量密封条实际压缩量大小，综合考虑密封条压缩方向，可以得到更加准确的密封条反作用力以及车门变形，有助于开发人员在实际中减少开发成本。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为车门密封条分段示意图；
图3为车门顶端直线段密封条的压缩仿真示意图；
图4为车门拐角段密封条的旋转压缩仿真示意图；
图5为实测刚度曲线与仿真刚度曲线的对比示意图；
图6为车门密封条的等效弹簧单元示意图；
图7为整体车门密封等效模型示意图；
图8为等效弹簧单元的加载方式示意图；
图9为车门窗框与门框侧围的间隙值测量结果示意图；
图10为窗框分布载荷与集中载荷对比示意图；
图11为基于等效弹簧单元设计窗框预弯量的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种基于车门密封精细等效模型的窗框结构设计方法包括以下步骤：
S1：车门密封分段及CLD曲线获取：将车门的窗框边缘分段成直线段和拐角段，分别对直线段和拐角段处的密封条进行三维压缩有限元分析，得到各段密封条的压缩-位移曲线以及各段密封条的刚度系数，其中步骤S1中对直线段和拐角段的密封条按设定的长度再细分为多段，下面具体说明：
如图2所示，针对车门实际复杂轮廓，将车门分成四个近似直线段和四个近似拐角弯段：顶端roof段、B柱拐角段、B柱段、后门拐角段、底部直段、前门拐角段、A柱直段和A柱拐角段，并分别对应图2中1-8的标号，由于车门密封条安装的位置不同，整体程曲线固定于车门上，同时车门钣金形状也是非规则的，因此在车门闭合时每段密封条的压缩方向并不是一致的，考虑不同压缩方向，将车门密封分段分截面，进行闭合压缩过程模拟，以达到获取更加准确的CLD特性曲线的目的。
1、直线段三维密封分析：
由于密封条的非线性特征，在密封条设计前期，使用ABAQUS软件进行三维橡胶分析，按照密封行业要求，每个直线段截取100mm定长，基于ABAQUS软件进行三维压缩有限元模拟，以获得车门闭合过程直线段密封条的CLD特性曲线。由于橡胶材料高度非线性，因此在有限元仿真中，使用常用的材料参数无法模拟其真实的力学特性，因此使用橡胶本构方程，即能够体现橡胶力学性能的方程替代橡胶材料具体属性设计。二参量Mooney-Rivlin模型的应变能函数满足以下公式：
W＝c10(I1-3)+c01(I2-3) (1)
式中，W为应变能；c10,c01为材料常数，由压缩实验获得；I1,I2为橡胶材料的第一应变不变量和第二应变不变量。将上述方程(1)输入到ABAQUS软件中，来对橡胶赋予材料属性，则进行三维压缩有限元分析时，对直线段的密封条沿设定压缩方向直线压缩，如图3所示，通过仿真压缩获得相应的CLD仿真数据，对CLD仿真数据经线性拟合，得到对应的压缩-位移曲线以及刚度系数。图3中左侧表示所受应力，单位Mpa。
2、拐角段建模与分析：
由于密封条拐角段形成大曲率弯曲状态，与密封条接触的门框钣金形状也比较复杂，因此截取四个拐角段，更精细地模拟车门闭合时大曲率段的压缩状态和对车门刚度影响。在进行分析时，由于大拐角段处密封以及钣金曲率变化，所以截取车门钣金，进行旋转位移压缩，即对拐角段的密封条绕铰链轴线旋转压缩，在仿真中模拟真实的关门情况，如图4所示，通过仿真压缩获得相应的CLD仿真数据，对CLD仿真数据经线性拟合，得到对应的压缩-位移曲线以及刚度系数。在小范围内，旋转弧度可以近似等效为直线位移，从而更加准确模拟车门闭合工况。
在线性拟合过程中，选取设定压缩范围内的各段密封条的CLD仿真数据进行线性拟合，设定压缩范围为0≤d≤dmax，2mm≤dmax≤2.3mm，d为压缩位移，dmax为压缩位移的最大值，本实施例中dmax＝2.2mm。
3、实验验证：
通过仿真能够得到各段密封条的压缩-位移曲线，也就是CLD曲线，需要对仿真结果进行实验验证，利用压缩升降台、引伸计、密封条、上工装模拟车门钣金和下工装模拟门框侧围钣金，对某一段密封条进行力-位移测试试验，得到真实的CLD试验曲线，并将试验得到的曲线与仿真进行对比，使用线性拟合每条曲线，可以从图5看到，在设定的优选范围内试验和仿真获取数据较接近，而密封发生较大形变时，由于摩擦力作用所占比重较大，因此会造成数据点突然增加。因此设定的优选范围内仿真数据是合理的。将每段CLD数据进行线性拟合，得到这每段密封条的刚度系数K0。
因此通过对各段密封条进行压缩试验，将由压缩试验数据线性拟合的曲线与三维压缩有限元分析得到的压缩-位移曲线进行对比，若两者差值大于设定阈值，则重新进行三维压缩有限元分析，反之，则执行步骤S2，以此来验证仿真数据的精度。
S2：建立车门密封精细等效模型：将每段密封条等分为多个等效弹簧单元，根据每段密封条的刚度系数得到对应等效弹簧单元的刚度系数，车门密封精细等效模型包括：各段密封条对应的等效弹簧单元和各等效弹簧单元的刚度系数，下面具体说明：
分布式单元等效弹簧刚度计算：
步骤S1完成对每100mm定长直线段或者拐角段密封条的弹簧等效。在车门刚度有限元数值模拟中，为提高仿真精度，需要对每100mm长度的密封条部分再进行网格细分，因此，需要将100mm定长密封条等效为等效弹簧单元，按公式(2)进一步细分，得到等效弹簧单元的刚度系数，建立基于等效弹簧单元以及其刚度系数的车门密封精细等效模型。
等效弹簧单元的刚度系数满足以下公式：
式中：
K——每个有限元网格的等效弹簧单元刚度，即单段密封条划分的等效弹簧单元的刚度系数；
n——对于长度为L的分段密封条进行等效所划分的弹簧单元个数；
K0——每100mm定长的直线段或者拐弯段三维压缩负荷测试所得的刚度系数，由步骤S1获得。
由于需要对车门进行有限元分析，因此建立车门有限元模型，而车门部件之间需要使用焊点来进行连接，以确保车门在受力时部件之间不发生脱离。有限元钣金件连接关系的建立采用ABAQUS软件内置焊点单元FASTERN，使用FASTERN单元来模拟车门各部件的焊点。依据公(2)式建立等效弹簧单元并赋予相应刚度系数K。从而得到图6和图7所示，图6所示为密封弹簧等效的车门有限元模型，将车门密封条等效为多个等效弹簧单元，将车门—密封—侧围的复杂作用等效为刚体—弹簧—刚体的多刚体作用。
S3：根据车门窗框与门框侧围的间隙和车门密封精细等效模型，得到设定作用方向下各等效弹簧单元的压缩位移，基于各等效弹簧单元的刚度系数和对应的压缩位移，得到窗框的变形量，具体为：
301：在数学设计模型中测量车门装配到车身上的车门窗框与门框侧围的间隙，基于车门密封精细等效模型的等效弹簧单元，以车门窗框与门框侧围的间隙作为设定作用方向下各等效弹簧单元的压缩位移；
302：对各等效弹簧单元施加相应的压缩位移，并由车门密封精细等效模型的等效弹簧单元的刚度系数，得到各等效弹簧单元所受到的分布载荷情况；
303：根据各等效弹簧单元所受到的分布载荷情况，得到各等效弹簧单元对应窗框的变形量。
下面具体说明：
设计刚度和预弯量时，应该考虑实际密封压缩位移，由于车门间隙变化非规则，因此对密封压缩也各不相同。通过实际整车生产以及调研发现，车门在关闭时由于车门上下铰链以及车门形成稳定的三角型结构，因此车门下部不容易产生变形，而车门上部窗框部分距离铰链固定处较远，并且窗框中间安装玻璃，整体刚度较弱因此容易发生形变，着重考虑窗框处的刚度以及预弯。并且以下计算窗框密封作用变形时都使用上述建立的等效弹簧替代的车门密封精细等效模型，其中每个等效弹簧单元的刚度系数K已经由步骤S2计算得出。
1、等效弹簧介绍
对建立的密封弹簧等效的车门有限元模型进行具体分析，在有限元仿真中需要模拟真实的车门闭合工况，在实际中，密封条安装于车门上，车门关闭后汽车车身侧围钣金对车门上的密封条压缩，从而产生了密封反作用力，作用于车门上。在ABAQUS软件仿真中为模拟这一真实工况，选用SPRING2(两结点)弹簧单元。该单元一端固接于车门钣金，另外一端等效于车身侧围钣金，并且可以移动如图8所示，通过移动等效弹簧单元来进行位移加载，使等效弹簧单元产生压缩模拟密封反作用力，而密封力的大小即等效弹簧单元压缩后产生的大小需要依据弹簧端点位移确定。图8中A为可移动的加载点，A可以进行沿设定的箭头方向移动。
2、等效弹簧端点位移加载确定
车门闭合后，每个分段密封条受钣金作用，其压缩量即弹簧端点的位移都有不同，需要对每个部分车门密封条压缩进行设计测量选取。本方法基于某车型CAITA数模装配后会将车门装配到车身上同时把密封条装配到车门上，并且在CATIA数字设计模型中使用软件测量工具测量出每部分密封条具体的压缩量是多少，依据设计要求对每个等效弹簧施单元加相对应的位移，以此来模拟闭合时真实工况。依据CAITIA测量工具测出的具体数据得出图9。
S4：根据窗框的变形量得到窗框的刚度最优值和预弯量最优值，下面具体说明：
1、集中载荷F与分布载荷f下的刚度设计
传统校核窗框刚度时，采用集中力加载方式，将车门门锁以及铰链固定，而在窗框施加集中力，观察其变形是否符合要求，主要是为了验证在密封力作用下车门窗框是否符合刚度要求，而实际中，车门密封力是分布式加载，使用集中载荷会造成校核不准确，图10所示，本方法依据步骤301得到的施加位移进行加载，最终得出窗框变形，并与车门集中载荷施加相比较，得出基于密封弹簧等效的车门有限元模型计算出的车门变形更小，也就是集中载荷校核下车门变形过大，有时校核会得出车门窗框不符合刚度要求，但在实际密封力作用下车门是刚度符合要求。使用集中载荷校核车门时，设计人员为了能让车门符合要求，会加大车门刚度，从而造成刚度过大，增加设计成本。
2、预弯量设计
密封反作用除了对窗框刚度影响外，也会对密封产生影响，由于车门反作用力会使车门窗框产生变形，窗框的变形可以近似呈现出绕某一轴线的变形，导致车门闭合时窗框钣金无法在设计位置，严重时局部密封条与钣金接触不严密，发生密封泄漏。在设计车门窗框时，为了抵消密封通常在焊接车门窗框时会对车门窗框绕车门腰线位置旋转一定角度，从而抵消密封力对窗框作用产生的变形，图11所示，θ为绕车门腰线的旋转角度，而预弯角度的设计需要精准计算处车门实际变形。本方法基于步骤S3得出的窗框准确变形量，通过选取窗框上各个点的位移，并依据图11所示的车门腰线计算出每个点到车门腰线的距离，计算出每个点绕车门腰线旋转的角度，以此旋转角度作为窗框的预弯量最优值，在设计过程中使用精确地变形角度进行预弯，从而达到较优的结果。由于不同车型密封以及钣金不同，因此可依据需求计算每个车门钣金的具体预弯角度。
车门窗框刚度影响整车舒适性和安全性。传统刚度设计采用集中载荷简化法，通过施加偏大的集中载荷以提高安全系数，同时未能计入车门密封的复杂反作用，所得刚度偏于保守。为了解决现有技术的缺陷，面向车身轻量化，本发明研究车门—密封—侧围三元复杂空间匹配接触作用，通过车门密封条分段三维仿真，分别提取压缩负荷特性并拟合弹簧等效刚度，建立基于弹簧等效的车门密封精细等效模型。面向车门复杂轮廓，本发明通过量化车门—侧围分缝间隙，确立等效弹簧单元的压缩位移与作用方向，形成计入非均匀密封作用的车门窗框刚度新算法。由于密封反作用影响，传统车窗预弯量设计也必须考虑分布式非均匀密封作用的影响，以此为依据对车窗进行预变形调校。所以本发明方法基于车门实际闭合状态和分段密封精细作用，能获得满足密封要求的更小刚度，可显著压缩集中载荷法所得冗余刚度，能够为计入密封精细反作用的车窗预弯量设计提供更可靠的参考，支持轻量化最低车门刚度优化设计。
Claims (8)
1.一种基于车门密封精细等效模型的窗框结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将车门的窗框边缘分段成直线段和拐角段，分别对直线段和拐角段处的密封条进行三维压缩有限元分析，得到各段密封条的压缩-位移曲线以及各段密封条的刚度系数；
S2：建立车门密封精细等效模型：将每段密封条等分为多个等效弹簧单元，根据每段密封条的刚度系数得到对应等效弹簧单元的刚度系数，车门密封精细等效模型包括：各段密封条对应的等效弹簧单元和各等效弹簧单元的刚度系数；
S3：根据车门窗框与门框侧围的间隙和车门密封精细等效模型，得到设定作用方向下各等效弹簧单元的压缩位移，基于各等效弹簧单元的刚度系数和对应的压缩位移，得到窗框的变形量；
S4：根据窗框的变形量得到窗框的刚度最优值和预弯量最优值，具体地：
通过加载集中载荷或分布载荷方式获得窗框的刚度最优值；
根据窗框的变形量得到窗框边缘到车门腰线的距离，根据窗框边缘到车门腰线的距离得到变形前后窗框边缘每个点绕车门腰线的旋转角度，以此旋转角度作为窗框的预弯量最优值。
2.根据权利要求1所述的一种基于车门密封精细等效模型的窗框结构设计方法，其特征在于，所述三维压缩有限元分析中使用二参量Mooney-Rivlin模型的应变能函数仿真密封条的橡胶材料力学性能，所述二参量Mooney-Rivlin模型的应变能函数满足以下公式：
W＝c10(I1-3)+c01(I2-3)
式中，W为应变能；c10,c01为材料常数，由压缩实验获得；I1,I2为橡胶材料的第一应变不变量和第二应变不变量。
3.根据权利要求1所述的一种基于车门密封精细等效模型的窗框结构设计方法，其特征在于，所述步骤S1中进行三维压缩有限元分析时，对直线段的密封条沿设定压缩方向直线压缩，对拐角段的密封条绕铰链轴线旋转压缩，通过仿真压缩获得相应的CLD仿真数据，对CLD仿真数据经线性拟合，得到对应的压缩-位移曲线以及刚度系数。
4.根据权利要求3所述的一种基于车门密封精细等效模型的窗框结构设计方法，其特征在于，选取设定压缩范围内的各段密封条的CLD仿真数据进行线性拟合，所述设定压缩范围为0≤d≤dmax，2mm≤dmax≤2.3mm，d为压缩位移，dmax为压缩位移的最大值。
5.根据权利要求1所述的一种基于车门密封精细等效模型的窗框结构设计方法，其特征在于，所述步骤S1中对直线段和拐角段的密封条按设定的长度再细分为多段。
6.根据权利要求1所述的一种基于车门密封精细等效模型的窗框结构设计方法，其特征在于，所述步骤S2中等效弹簧单元的刚度系数满足以下公式：
式中，K0为单段密封条的刚度系数，n为单段密封条所划分的等效弹簧单元个数，K为单段密封条划分的等效弹簧单元的刚度系数。
7.根据权利要求1所述的一种基于车门密封精细等效模型的窗框结构设计方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
301：在数学设计模型中测量车门装配到车身上的车门窗框与门框侧围的间隙，基于车门密封精细等效模型的等效弹簧单元，以车门窗框与门框侧围的间隙作为设定作用方向下各等效弹簧单元的压缩位移；
302：对各等效弹簧单元施加相应的压缩位移，并由车门密封精细等效模型的等效弹簧单元的刚度系数，得到各等效弹簧单元所受到的分布载荷情况；
303：根据各等效弹簧单元所受到的分布载荷情况，得到各等效弹簧单元对应窗框的变形量。
8.根据权利要求1所述的一种基于车门密封精细等效模型的窗框结构设计方法，其特征在于，所述步骤S1还对各段密封条进行压缩试验，将由压缩试验数据线性拟合的曲线与三维压缩有限元分析得到的压缩-位移曲线进行对比，若两者差值大于设定阈值，则重新进行三维压缩有限元分析，反之，则执行步骤S2。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP2013120553A (ja) * | 2011-12-08 | 2013-06-17 | Jfe Steel Corp | 耐デント性評価方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013120553A (ja) * | 2011-12-08 | 2013-06-17 | Jfe Steel Corp | 耐デント性評価方法 |
| CN104102756A (zh) * | 2013-04-09 | 2014-10-15 | 同济大学 | 一种旋转式轿车车门密封系统参数的遗传并行优化方法 |
| CN105243189A (zh) * | 2015-09-15 | 2016-01-13 | 同济大学 | 一种车窗密封系统的等效建模及快速评价方法 |
| CN106202621A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-12-07 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 汽车侧门整体刚度分析加载点定位方法 |
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