CN117807696A - 一种基于cae的车门密封条变形分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于计算机辅助工程CAE技术领域，涉及一种基于CAE的车门密封条变形分析方法，包括通过试验获得橡胶材料性能参数及摩擦系数；基于CAD数据，建立密封条及环境件的CAE有限元模型并提交分析计算；利用得到的分析结果文件生成变形后的密封条数据；将得到的密封条数据进行校核，判断密封条方案是否满足要求，如果需要改进优化，则使用优化后的CAD数据，从步骤B开始再次进行分析。本发明提供了一种基于CAE的车门密封条变形分析方法，结合了CAE技术和有限元分析方法，能够准确地模拟车门密封条的变形情况，能够准确地模拟车门密封条的变形情况，并可靠、高效的评估和优化车门密封条的结构。

Description

一种基于CAE的车门密封条变形分析方法

技术领域

本发明属于计算机辅助工程CAE技术领域，具体涉及一种基于CAE的车门密封条变形分析方法。

背景技术

车门密封条是汽车车门密封系统的关键组成部分，起着密封、减震和降噪的重要作用，如果密封条结构设计不合理会产生以下两个问题：

1、密封条在自由状态下时，如图1所示。图1中密封条a面和b面是分离的，车门表面向下运动是车门关闭方向，当车门关闭后，如果a面与b面贴合，当车门再次开启时，由于橡胶材料的粘连现象，a面和b面分离时会发出异响。

2、车门关闭后，如果拐角处密封条变形不协调，该处密封条与车门之间留有空隙，如图2所示，方框内的空隙是利用CAE复原的实车问题，影响密封和降噪性能。

目前，传统的车门密封条结构设计和校核方法往往依赖于样件试制和实物测试，费时费力且成本较高。随着整车开发周期逐渐缩短，需要一种可行的、高效的方法来评估和改进车门密封条的结构性能。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种可靠、高效的方法用于评估和优化车门密封条的结构，该方法结合了CAE技术和有限元分析方法，以解决准确地模拟车门密封条的变形情况，用于评估和优化车门密封条结构的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于CAE的车门密封条变形分析方法，包括以下步骤：

步骤A、通过试验获得橡胶材料性能参数及摩擦系数；

步骤B、基于CAD数据，建立密封条及环境件的CAE有限元模型并提交分析计算；

步骤C、利用步骤B得到的分析结果文件生成变形后的密封条数据；

步骤D、将步骤C得到的密封条数据进行校核，判断密封条方案是否满足要求，如果需要改进优化，则使用优化后的CAD数据，从步骤B开始再次进行分析。

进一步地，步骤A，具体包括以下步骤：

步骤A1、采用Mooney-Rivlin模型应变能密度函数来描述橡胶力学模型，通过试验测量橡胶材料的邵氏硬度Hr，计算弹性模量E，再将E带入公式E＝6(C01+C10)，最后通过确认两个参数的比值求出C01、C10具体数值；

步骤A2、通过试验测试摩擦系数。

更进一步地，步骤A1中，根据公式LgE＝0.0198Hr-0.5432计算弹性模量E。

更进一步地，步骤A1中，C01、C10比值取决于硬度，橡胶硬度越高C10/C01越大，具体数值根据经验及试验对标确定。

更进一步地，步骤A2，橡胶与橡胶之间的摩擦系数为0.6，橡胶与车身之间的摩擦系数是0.3。

进一步地，步骤B，具体包括以下步骤：

步骤B1、利用Hypermesh软件Abaqus模板，按照不同橡胶的材料分布划分网格，并存放在不同的component中；提取环境件中与橡胶接触的表面划分网格，网格要求与橡胶一致，并存在不同的component中；将白车身环境件平移到与密封条脱离接触的位置，将车门环境件绕铰链轴转动到与密封条脱离接触的位置，作为分析的初始位置；

步骤B2、按照步骤B1中不同的的component，分别赋予步骤B1测得的材料性能参数，环境件材料属性统一赋予钣金的参数；

步骤B3、整个模型设置通用接触，并根据步骤B2的测试结果，对不同接触位置赋予不同的摩擦系数；

步骤B4、密封条安装卡槽全约束，对白车身环境件设置速度边界条件，让其运动到步骤B1移动前的设计位置，完成密封条的安装过程分析；

步骤B5、分析取消密封条安装卡槽的全约束，白车身环境件全约束，让密封条自由运动释放内应力，得到密封条安装后的自由位置；

步骤B6、白车身环境件全约束，对车门环境件设置角速度边界条件，让其绕铰链轴运动到步骤B1移动前的设计位置，挤压密封条变形；

步骤B7、利用Hypermesh软件导出inp格式文件，提交Abaqus软件分析计算，得到ODB格式分析结果文件。

更进一步地，步骤B1，网格平均尺寸0.5mm，圆角过度位置至少用4排网格过渡。

更进一步地，步骤C，具体包括以下步骤：

步骤C1、利用Hyperview软件打开步骤B7得到的结果文件，并导出变形后的inp格式密封条；

步骤C2、将步骤C1得到的inp文件导入Ansa软件中，在MESH面板，使用To Surface命令中的Per Element功能，生成圆角过渡区域的几何数据，并导出stp文件待后续使用；

步骤C3、将步骤C1得到的inp文件导入Hypemesh软件中，使用Geom面板的surface命令中的From FE功能，生成除步骤C2以外区域的几何数据；

步骤C4、将步骤C2得到的stp文件导入步骤C3的Hypermesh软件中，使用Geom面板的quick edit命令中的toggle edge功能，将步骤C2和步骤C3得到的两部分几何数据缝合到一起，导出变形后的stp格式的完整的密封条数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种基于CAE的车门密封条变形分析方法，结合了CAE技术和有限元分析方法，能够准确地模拟车门密封条的变形情况，能够准确地模拟车门密封条的变形情况，并可靠、高效的评估和优化车门密封条的结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1现有技术中密封条在自由状态下时a面和b面示意图；

图2现有技术中车门关闭后，拐角处密封条变形不协调时与车门之间空隙的示意图；

图3本发明基于CAE的车门密封条变形分析方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明基于CAE的车门密封条变形分析方法，包括以下步骤：

步骤1、通过试验获得橡胶材料性能参数及摩擦系数；

步骤101、橡胶力学模型采用Mooney-Rivlin模型应变能密度函数来描述，通过试验测量橡胶材料的邵氏硬度Hr，根据公式LgE＝0.0198Hr-0.5432计算弹性模量E，再将E带入公式E＝6(C01+C10)，最后通过确认两个参数的比值求出C01、C10具体数值，二者比值取决于硬度，橡胶硬度越高C10/C01越大，具体数值根据经验及试验对标确定；

步骤102、通过试验测试摩擦系数，橡胶与橡胶之间的摩擦系数为0.6，橡胶与车身之间的摩擦系数是0.3；

步骤2、基于CAD数据，利用CAE软件建立密封条及环境件的有限元模型并提交分析计算；

步骤201、利用Hypermesh软件Abaqus(Explicit)模板，按照不同橡胶的材料分布划分网格，并存放在不同的component中，网格平均尺寸0.5mm，圆角过度位置至少用4排网格过渡；提取环境件中与橡胶接触的表面划分网格，网格要求与橡胶一致，并存在不同的component中；将白车身环境件平移到与密封条脱离接触的位置，将车门环境件绕铰链轴转动到与密封条脱离接触的位置，作为分析的初始位置；

步骤202、按照步骤201中不同的的component，分别赋予步骤101测得的材料性能参数，环境件材料属性统一赋予钣金的参数；

步骤203、整个模型设置通用接触，并根据步骤102的测试结果，对不同接触位置赋予不同的摩擦系数；

步骤204、第一步密封条安装卡槽全约束，对白车身环境件设置速度边界条件，让其运动到步骤201移动前的设计位置，完成密封条的安装过程分析；

步骤205、第二步分析取消密封条安装卡槽的全约束，白车身环境件全约束，让密封条自由运动释放内应力，得到密封条安装后的自由位置；

步骤206、第三步白车身环境件全约束，对车门环境件设置角速度边界条件，让其绕铰链轴运动到步骤201移动前的设计位置，挤压密封条变形；

步骤207、利用Hypermesh软件导出inp格式文件，提交Abaqus软件分析计算，得到ODB格式分析结果文件；

步骤3、交互使用Hyperview、Hypermesh、Ansa软件，利用分析结果文件生成变形后的密封条数据；

步骤301、利用Hyperview软件打开步骤207得到的结果文件，并导出变形后的inp格式密封条；

步骤302、将步骤301得到的inp文件导入Ansa软件中，在MESH面板，使用ToSurface命令中的Per Element功能，生成圆角过渡区域的几何数据，并导出stp文件等待后续使用；如果用Ansa生成变形后的整个密封条stp数据，占用内存非常大，各专业间传输查看很不方便；

步骤303、将步骤301得到的inp文件导入Hypemesh软件中，使用Geom面板的surface命令中的From FE功能，生成除步骤302以外区域的几何数据；如果用Hypermesh生成变形后的整个密封条stp数据，圆角过渡位置数据的随形性不好，无法准确分析问题；

步骤304、将步骤302得到的stp文件导入步骤303的Hypermesh软件中，使用Geom面板的quick edit命令中的toggle edge功能，将步骤302和步骤303得到的两部分几何数据缝合到一起，导出变形后的stp格式的完整的密封条数据，这个数据占用内存较小，圆角过渡位置随形性也比较好；

步骤4、将步骤304得到的密封条数据发由设计专业校核密封条方案是否满足要求，如果需要改进优化，则使用优化后的CAD数据，从步骤2开始再次进行分析。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种基于CAE的车门密封条变形分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、通过试验获得橡胶材料性能参数及摩擦系数；

步骤B、基于CAD数据，建立密封条及环境件的CAE有限元模型并提交分析计算；

步骤C、利用步骤B得到的分析结果文件生成变形后的密封条数据；

步骤D、将步骤C得到的密封条数据进行校核，判断密封条方案是否满足要求，如果需要改进优化，则使用优化后的CAD数据，从步骤B开始再次进行分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于CAE的车门密封条变形分析方法，其特征在于，步骤A，具体包括以下步骤：

步骤A1、采用Mooney-Rivlin模型应变能密度函数来描述橡胶力学模型，通过试验测量橡胶材料的邵氏硬度Hr，计算弹性模量E，再将E带入公式E＝6(C01+C10)，最后通过确认两个参数的比值求出C01、C10具体数值；

步骤A2、通过试验测试摩擦系数。

3.根据权利要求2所述的一种基于CAE的车门密封条变形分析方法，其特征在于：步骤A1中，根据公式LgE＝0.0198Hr-0.5432计算弹性模量E。

4.根据权利要求2所述的一种基于CAE的车门密封条变形分析方法，其特征在于：步骤A1中，C01、C10比值取决于硬度，橡胶硬度越高C10/C01越大，具体数值根据经验及试验对标确定。

5.根据权利要求2所述的一种基于CAE的车门密封条变形分析方法，其特征在于：步骤A2，橡胶与橡胶之间的摩擦系数为0.6，橡胶与车身之间的摩擦系数是0.3。

6.根据权利要求1所述的一种基于CAE的车门密封条变形分析方法，其特征在于，步骤B，具体包括以下步骤：

步骤B1、利用Hypermesh软件Abaqus模板，按照不同橡胶的材料分布划分网格，并存放在不同的component中；提取环境件中与橡胶接触的表面划分网格，网格要求与橡胶一致，并存在不同的component中；将白车身环境件平移到与密封条脱离接触的位置，将车门环境件绕铰链轴转动到与密封条脱离接触的位置，作为分析的初始位置；

步骤B2、按照步骤B1中不同的的component，分别赋予步骤B1测得的材料性能参数，环境件材料属性统一赋予钣金的参数；

步骤B3、整个模型设置通用接触，并根据步骤B2的测试结果，对不同接触位置赋予不同的摩擦系数；

步骤B4、密封条安装卡槽全约束，对白车身环境件设置速度边界条件，让其运动到步骤B1移动前的设计位置，完成密封条的安装过程分析；

步骤B5、分析取消密封条安装卡槽的全约束，白车身环境件全约束，让密封条自由运动释放内应力，得到密封条安装后的自由位置；

步骤B6、白车身环境件全约束，对车门环境件设置角速度边界条件，让其绕铰链轴运动到步骤B1移动前的设计位置，挤压密封条变形；

步骤B7、利用Hypermesh软件导出inp格式文件，提交Abaqus软件分析计算，得到ODB格式分析结果文件。

7.根据权利要求6所述的一种基于CAE的车门密封条变形分析方法，其特征在于：步骤B1，网格平均尺寸0.5mm，圆角过度位置至少用4排网格过渡。

8.根据权利要求6所述的一种基于CAE的车门密封条变形分析方法，其特征在于，步骤C，具体包括以下步骤：

步骤C1、利用Hyperview软件打开步骤B7得到的结果文件，并导出变形后的inp格式密封条；

步骤C2、将步骤C1得到的inp文件导入Ansa软件中，在MESH面板，使用To Surface命令中的Per Element功能，生成圆角过渡区域的几何数据，并导出stp文件待后续使用；

步骤C3、将步骤C1得到的inp文件导入Hypemesh软件中，使用Geom面板的surface命令中的From FE功能，生成除步骤C2以外区域的几何数据；

步骤C4、将步骤C2得到的stp文件导入步骤C3的Hypermesh软件中，使用Geom面板的quick edit命令中的toggle edge功能，将步骤C2和步骤C3得到的两部分几何数据缝合到一起，导出变形后的stp格式的完整的密封条数据。