本發(fā)明涉及轎車車門密封系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于車門密封精細(xì)等效模型的窗框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

車門剛度對(duì)車輛安全性和舒適性有很大影響。其中，窗框剛度及變形決定車窗玻璃與導(dǎo)槽密封的配合狀態(tài)，與整車nvh性能關(guān)系密切，nvh是三個(gè)英文單詞的縮寫，即noise(噪聲)、vibration(振動(dòng))和harshness(聲振粗糙度，也可以通俗地理解為不平順性)。當(dāng)前，日益發(fā)達(dá)的高速路網(wǎng)使車速大幅提高。然而，由此帶來的高速流固耦合效應(yīng)極大地影響車門與車身匹配狀態(tài)。高速風(fēng)壓對(duì)車門窗框外向位移與形變最大，導(dǎo)致風(fēng)噪聲主要經(jīng)過窗框縫隙以及其他孔隙向車內(nèi)傳播?；诟咚亠L(fēng)壓以及密封反作用，在整體剛度設(shè)計(jì)之初要進(jìn)行窗框預(yù)彎變形量確定。因此，準(zhǔn)確計(jì)算車門窗框剛度有助于提升整車的高速密封和隔音、隔噪性能。

窗框剛度用于定量評(píng)判車窗上部保持良好密封性及保護(hù)車窗導(dǎo)槽的能力。傳統(tǒng)窗框剛度設(shè)計(jì)和評(píng)估直接施加集中載荷。由于沒有精細(xì)考慮密封壓縮反作用，為保證設(shè)計(jì)安全，往往采用較大的集中載荷，導(dǎo)致所得窗框剛度偏于保守，有過大冗余量，導(dǎo)致后續(xù)車門設(shè)計(jì)、制造成本增加。面向整車輕量化需求，迫切需要深入研究車門—密封—側(cè)圍的空間復(fù)雜三元匹配接觸作用，以此明確車門窗框的準(zhǔn)確受載約束條件，建立窗框剛度精細(xì)模型，尋找滿足密封要求的更小剛度，以降低制造成本，提升市場競爭力。

窗框設(shè)計(jì)時(shí)須考慮兩個(gè)關(guān)鍵要素：窗框剛度與窗框預(yù)彎。傳統(tǒng)的方法是設(shè)計(jì)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)窗框結(jié)構(gòu)及確定預(yù)彎量，真實(shí)車門制造出來后如果不符合要求然后調(diào)整結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法顯然不能滿足現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)的要求。隨著計(jì)算機(jī)發(fā)展，使得有限元計(jì)算機(jī)模擬成為可能?，F(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)利用cae計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)，在車門制造之前先進(jìn)行cae(computeraidedengineering，計(jì)算機(jī)輔助工程)分析，如果滿足要求則投入生產(chǎn)，大大地提高了效率，降低了成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于車門密封精細(xì)等效模型的窗框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，通過對(duì)車門實(shí)際閉合狀態(tài)和分段密封精細(xì)作用的，能獲得滿足密封要求的更小剛度，可顯著壓縮集中載荷法所得冗余剛度，能夠?yàn)橛?jì)入密封精細(xì)反作用的車窗預(yù)彎量設(shè)計(jì)提供更可靠的參考，支持輕量化最低車門剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種基于車門密封精細(xì)等效模型的窗框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

s1：將車門的窗框邊緣分段成直線段和拐角段，分別對(duì)直線段和拐角段處的密封條進(jìn)行三維壓縮有限元分析，得到各段密封條的壓縮-位移曲線以及各段密封條的剛度系數(shù)；

s2：建立車門密封精細(xì)等效模型：將每段密封條等分為多個(gè)等效彈簧單元，根據(jù)每段密封條的剛度系數(shù)得到對(duì)應(yīng)等效彈簧單元的剛度系數(shù)，車門密封精細(xì)等效模型包括：各段密封條對(duì)應(yīng)的等效彈簧單元和各等效彈簧單元的剛度系數(shù)；

s3：根據(jù)車門窗框與門框側(cè)圍的間隙和車門密封精細(xì)等效模型，得到設(shè)定作用方向下各等效彈簧單元的壓縮位移，基于各等效彈簧單元的剛度系數(shù)和對(duì)應(yīng)的壓縮位移，得到窗框的變形量；

s4：根據(jù)窗框的變形量得到窗框的剛度最優(yōu)值和預(yù)彎量最優(yōu)值。

所述三維壓縮有限元分析中使用二參量mooney-rivlin模型的應(yīng)變能函數(shù)仿真密封條的橡膠材料力學(xué)性能，所述二參量mooney-rivlin模型的應(yīng)變能函數(shù)滿足以下公式：

w＝c10(i1-3)+c01(i2-3)

式中，w為應(yīng)變能；c10,c01為材料常數(shù)，由壓縮實(shí)驗(yàn)獲得；i1,i2為橡膠材料的第一應(yīng)變不變量和第二應(yīng)變不變量。

所述步驟s1中進(jìn)行三維壓縮有限元分析時(shí)，對(duì)直線段的密封條沿設(shè)定壓縮方向直線壓縮，對(duì)拐角段的密封條繞鉸鏈軸線旋轉(zhuǎn)壓縮，通過仿真壓縮獲得相應(yīng)的cld仿真數(shù)據(jù)，對(duì)cld仿真數(shù)據(jù)經(jīng)線性擬合，得到對(duì)應(yīng)的壓縮-位移曲線以及剛度系數(shù)。

選取設(shè)定壓縮范圍內(nèi)的各段密封條的cld仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，所述設(shè)定壓縮范圍為0≤d≤dmax，2mm≤dmax≤2.3mm，d為壓縮位移，dmax為壓縮位移的最大值。

所述步驟s1中對(duì)直線段和拐角段的密封條按設(shè)定的長度再細(xì)分為多段。

所述步驟s2中等效彈簧單元的剛度系數(shù)滿足以下公式：

式中，k0為單段密封條的剛度系數(shù)，n為單段密封條所劃分的等效彈簧單元個(gè)數(shù)，k為單段密封條劃分的等效彈簧單元的剛度系數(shù)。

所述步驟s3具體為：

301：在數(shù)學(xué)設(shè)計(jì)模型中測量車門裝配到車身上的車門窗框與門框側(cè)圍的間隙，基于車門密封精細(xì)等效模型的等效彈簧單元，以車門窗框與門框側(cè)圍的間隙作為設(shè)定作用方向下各等效彈簧單元的壓縮位移；

302：對(duì)各等效彈簧單元施加幸運(yùn)的壓縮位移，并由車門密封精細(xì)等效模型的等效彈簧單元的剛度系數(shù)，得到各等效彈簧單元所受到的分布載荷情況；

303：根據(jù)各等效彈簧單元所受到的分布載荷情況，得到各等效彈簧單元對(duì)應(yīng)窗框的變形量。

所述步驟s4中根據(jù)窗框的變形量得到窗框的預(yù)彎量最優(yōu)值的過程為：根據(jù)窗框的變形量得到窗框邊緣到車門腰線的距離，根據(jù)窗框邊緣到車門腰線的距離得到變形前后窗框邊緣每個(gè)點(diǎn)繞車門腰線的旋轉(zhuǎn)角度，以此旋轉(zhuǎn)角度作為窗框的預(yù)彎量最優(yōu)值。

所述步驟s1還對(duì)各段密封條進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，將由壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)線性擬合的曲線與三維壓縮有限元分析得到的壓縮-位移曲線進(jìn)行對(duì)比，若兩者差值大于設(shè)定閾值，則重新進(jìn)行三維壓縮有限元分析，反之，則執(zhí)行步驟s2。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)基于分布作用自底向上評(píng)估車門受力狀態(tài)，本發(fā)明提出對(duì)窗框結(jié)構(gòu)的改進(jìn)策略。傳統(tǒng)窗框剛度設(shè)計(jì)和評(píng)估直接施加集中載荷，為保證設(shè)計(jì)安全，往往采用較大的集中載荷，導(dǎo)致所得窗框剛度偏于保守，有過大冗余量，導(dǎo)致后續(xù)車門設(shè)計(jì)、制造成本增加，本發(fā)明方法針對(duì)上述缺陷，采用基于密封分布作用的車門密封分段分析過程，來實(shí)現(xiàn)更加符合車門實(shí)際密封狀態(tài)的窗框結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

2)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)基于三維密封閉合作用的cld曲線及等效剛度曲線擬合，可更加準(zhǔn)確地仿真實(shí)際密封條受力狀態(tài)，從而保證更加準(zhǔn)確地對(duì)窗框結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。由于密封橡膠屬于非線性，并且車身鈑金復(fù)雜，實(shí)際難以獲取具體cld線，因此本發(fā)明將車門的窗框邊緣分段成直線段和拐角段后再分段采用三維實(shí)體壓縮仿真，同時(shí)配合二參量mooney-rivlin模型的應(yīng)變能函數(shù)，可以更好地仿真實(shí)際狀態(tài)密封條的受力情況。

3)本發(fā)明利用密封條分段等效及單元等效剛度細(xì)化，在直線段和拐彎段的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)窗框部分密封條的實(shí)際受力分析，為后續(xù)獲得精準(zhǔn)度更高的窗框變形提供保障。本發(fā)明將車門—密封—側(cè)圍的復(fù)雜作用等效為剛體—彈簧—?jiǎng)傮w的多剛體作用，通過對(duì)車門不同分段處密封的密封條賦予不同的剛度系數(shù)，形成整體密封作用剛度矩陣，以模擬密封對(duì)車門窗框的精細(xì)反作用力，以此量化計(jì)入非均勻密封作用對(duì)車門窗框剛度的影響；同時(shí)在分段基礎(chǔ)上，在車門剛度有限元數(shù)值模擬中，為提高仿真精度，需要對(duì)每段密封條再進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)分，在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上建立等效彈簧單元。

4)本發(fā)明基于車門密封精細(xì)等效模型，根據(jù)實(shí)際車窗與門框側(cè)圍間隙值，對(duì)等效彈簧單元施加位移模擬密封壓縮，最后，通過實(shí)例的對(duì)比分析，表明基于非均勻密封作用的新方法，能獲得滿足密封要求的更小剛度，以壓縮傳統(tǒng)集中載荷法下的富余剛度，支持實(shí)現(xiàn)輕量化最低車門剛度尋優(yōu)，同時(shí)向車門預(yù)變形提供參考。

5)本發(fā)明選取設(shè)定壓縮范圍內(nèi)的各段密封條的cld仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，優(yōu)選地設(shè)定2mm≤dmax≤2.3mm，可以在此優(yōu)選范圍獲得可以反應(yīng)實(shí)際壓縮情況的仿真數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。

6)本發(fā)明采用車門密封條分段分析方法，同時(shí)考慮實(shí)際壓縮過程中,密封條的壓縮方向與車門鈑金截面輪廓形狀。而現(xiàn)有技術(shù)，只考慮密封條反作用力對(duì)車門變形影響，未考慮密封條在壓縮過程中壓縮方向影響，因此計(jì)算出的密封條反作用力與真實(shí)情況有很大差別，就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算出的車門變形不準(zhǔn)確。同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)只闡述密封條在車門閉合時(shí)有一定壓縮，而針對(duì)密封條實(shí)際壓縮量的大小，沒有給出相應(yīng)具體數(shù)值或圖表，也沒有說明具體測量方法，不利于開發(fā)人員在實(shí)際開發(fā)中應(yīng)用。采用本發(fā)明方法，通過在設(shè)計(jì)軟件中測量密封條實(shí)際壓縮量大小，綜合考慮密封條壓縮方向，可以得到更加準(zhǔn)確的密封條反作用力以及車門變形，有助于開發(fā)人員在實(shí)際中減少開發(fā)成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的流程圖；

圖2為車門密封條分段示意圖；

圖3為車門頂端直線段密封條的壓縮仿真示意圖；

圖4為車門拐角段密封條的旋轉(zhuǎn)壓縮仿真示意圖；

圖5為實(shí)測剛度曲線與仿真剛度曲線的對(duì)比示意圖；

圖6為車門密封條的等效彈簧單元示意圖；

圖7為整體車門密封等效模型示意圖；

圖8為等效彈簧單元的加載方式示意圖；

圖9為車門窗框與門框側(cè)圍的間隙值測量結(jié)果示意圖；

圖10為窗框分布載荷與集中載荷對(duì)比示意圖；

圖11為基于等效彈簧單元設(shè)計(jì)窗框預(yù)彎量的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

如圖1所示，一種基于車門密封精細(xì)等效模型的窗框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

s1：車門密封分段及cld曲線獲?。簩④囬T的窗框邊緣分段成直線段和拐角段，分別對(duì)直線段和拐角段處的密封條進(jìn)行三維壓縮有限元分析，得到各段密封條的壓縮-位移曲線以及各段密封條的剛度系數(shù)，其中步驟s1中對(duì)直線段和拐角段的密封條按設(shè)定的長度再細(xì)分為多段，下面具體說明：

如圖2所示，針對(duì)車門實(shí)際復(fù)雜輪廓，將車門分成四個(gè)近似直線段和四個(gè)近似拐角彎段：頂端roof段、b柱拐角段、b柱段、后門拐角段、底部直段、前門拐角段、a柱直段和a柱拐角段，并分別對(duì)應(yīng)圖2中1-8的標(biāo)號(hào)，由于車門密封條安裝的位置不同，整體程曲線固定于車門上，同時(shí)車門鈑金形狀也是非規(guī)則的，因此在車門閉合時(shí)每段密封條的壓縮方向并不是一致的，考慮不同壓縮方向，將車門密封分段分截面，進(jìn)行閉合壓縮過程模擬，以達(dá)到獲取更加準(zhǔn)確的cld特性曲線的目的。

1、直線段三維密封分析：

由于密封條的非線性特征，在密封條設(shè)計(jì)前期，使用abaqus軟件進(jìn)行三維橡膠分析，按照密封行業(yè)要求，每個(gè)直線段截取100mm定長，基于abaqus軟件進(jìn)行三維壓縮有限元模擬，以獲得車門閉合過程直線段密封條的cld特性曲線。由于橡膠材料高度非線性，因此在有限元仿真中，使用常用的材料參數(shù)無法模擬其真實(shí)的力學(xué)特性，因此使用橡膠本構(gòu)方程，即能夠體現(xiàn)橡膠力學(xué)性能的方程替代橡膠材料具體屬性設(shè)計(jì)。二參量mooney-rivlin模型的應(yīng)變能函數(shù)滿足以下公式：

w＝c10(i1-3)+c01(i2-3)(1)

式中，w為應(yīng)變能；c10,c01為材料常數(shù)，由壓縮實(shí)驗(yàn)獲得；i1,i2為橡膠材料的第一應(yīng)變不變量和第二應(yīng)變不變量。將上述方程(1)輸入到abaqus軟件中，來對(duì)橡膠賦予材料屬性，則進(jìn)行三維壓縮有限元分析時(shí)，對(duì)直線段的密封條沿設(shè)定壓縮方向直線壓縮，如圖3所示，通過仿真壓縮獲得相應(yīng)的cld仿真數(shù)據(jù)，對(duì)cld仿真數(shù)據(jù)經(jīng)線性擬合，得到對(duì)應(yīng)的壓縮-位移曲線以及剛度系數(shù)。圖3中左側(cè)表示所受應(yīng)力，單位mpa。

2、拐角段建模與分析：

由于密封條拐角段形成大曲率彎曲狀態(tài)，與密封條接觸的門框鈑金形狀也比較復(fù)雜，因此截取四個(gè)拐角段，更精細(xì)地模擬車門閉合時(shí)大曲率段的壓縮狀態(tài)和對(duì)車門剛度影響。在進(jìn)行分析時(shí)，由于大拐角段處密封以及鈑金曲率變化，所以截取車門鈑金，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)位移壓縮，即對(duì)拐角段的密封條繞鉸鏈軸線旋轉(zhuǎn)壓縮，在仿真中模擬真實(shí)的關(guān)門情況，如圖4所示，通過仿真壓縮獲得相應(yīng)的cld仿真數(shù)據(jù)，對(duì)cld仿真數(shù)據(jù)經(jīng)線性擬合，得到對(duì)應(yīng)的壓縮-位移曲線以及剛度系數(shù)。在小范圍內(nèi)，旋轉(zhuǎn)弧度可以近似等效為直線位移，從而更加準(zhǔn)確模擬車門閉合工況。

在線性擬合過程中，選取設(shè)定壓縮范圍內(nèi)的各段密封條的cld仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，設(shè)定壓縮范圍為0≤d≤dmax，2mm≤dmax≤2.3mm，d為壓縮位移，dmax為壓縮位移的最大值，本實(shí)施例中dmax＝2.2mm。

3、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：

通過仿真能夠得到各段密封條的壓縮-位移曲線，也就是cld曲線，需要對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，利用壓縮升降臺(tái)、引伸計(jì)、密封條、上工裝模擬車門鈑金和下工裝模擬門框側(cè)圍鈑金，對(duì)某一段密封條進(jìn)行力-位移測試試驗(yàn)，得到真實(shí)的cld試驗(yàn)曲線，并將試驗(yàn)得到的曲線與仿真進(jìn)行對(duì)比，使用線性擬合每條曲線，可以從圖5看到，在設(shè)定的優(yōu)選范圍內(nèi)試驗(yàn)和仿真獲取數(shù)據(jù)較接近，而密封發(fā)生較大形變時(shí)，由于摩擦力作用所占比重較大，因此會(huì)造成數(shù)據(jù)點(diǎn)突然增加。因此設(shè)定的優(yōu)選范圍內(nèi)仿真數(shù)據(jù)是合理的。將每段cld數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，得到這每段密封條的剛度系數(shù)k0。

因此通過對(duì)各段密封條進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，將由壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)線性擬合的曲線與三維壓縮有限元分析得到的壓縮-位移曲線進(jìn)行對(duì)比，若兩者差值大于設(shè)定閾值，則重新進(jìn)行三維壓縮有限元分析，反之，則執(zhí)行步驟s2，以此來驗(yàn)證仿真數(shù)據(jù)的精度。

s2：建立車門密封精細(xì)等效模型：將每段密封條等分為多個(gè)等效彈簧單元，根據(jù)每段密封條的剛度系數(shù)得到對(duì)應(yīng)等效彈簧單元的剛度系數(shù)，車門密封精細(xì)等效模型包括：各段密封條對(duì)應(yīng)的等效彈簧單元和各等效彈簧單元的剛度系數(shù)，下面具體說明：

分布式單元等效彈簧剛度計(jì)算：

步驟s1完成對(duì)每100mm定長直線段或者拐角段密封條的彈簧等效。在車門剛度有限元數(shù)值模擬中，為提高仿真精度，需要對(duì)每100mm長度的密封條部分再進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)分，因此，需要將100mm定長密封條等效為等效彈簧單元，按公式(2)進(jìn)一步細(xì)分，得到等效彈簧單元的剛度系數(shù)，建立基于等效彈簧單元以及其剛度系數(shù)的車門密封精細(xì)等效模型。

等效彈簧單元的剛度系數(shù)滿足以下公式：

式中：

k——每個(gè)有限元網(wǎng)格的等效彈簧單元?jiǎng)偠?，即單段密封條劃分的等效彈簧單元的剛度系數(shù)；

n——對(duì)于長度為l的分段密封條進(jìn)行等效所劃分的彈簧單元個(gè)數(shù)；

k0——每100mm定長的直線段或者拐彎段三維壓縮負(fù)荷測試所得的剛度系數(shù)，由步驟s1獲得。

由于需要對(duì)車門進(jìn)行有限元分析，因此建立車門有限元模型，而車門部件之間需要使用焊點(diǎn)來進(jìn)行連接，以確保車門在受力時(shí)部件之間不發(fā)生脫離。有限元鈑金件連接關(guān)系的建立采用abaqus軟件內(nèi)置焊點(diǎn)單元fastern，使用fastern單元來模擬車門各部件的焊點(diǎn)。依據(jù)公(2)式建立等效彈簧單元并賦予相應(yīng)剛度系數(shù)k。從而得到圖6和圖7所示，圖6所示為密封彈簧等效的車門有限元模型，將車門密封條等效為多個(gè)等效彈簧單元，將車門—密封—側(cè)圍的復(fù)雜作用等效為剛體—彈簧—?jiǎng)傮w的多剛體作用。

s3：根據(jù)車門窗框與門框側(cè)圍的間隙和車門密封精細(xì)等效模型，得到設(shè)定作用方向下各等效彈簧單元的壓縮位移，基于各等效彈簧單元的剛度系數(shù)和對(duì)應(yīng)的壓縮位移，得到窗框的變形量，具體為：

301：在數(shù)學(xué)設(shè)計(jì)模型中測量車門裝配到車身上的車門窗框與門框側(cè)圍的間隙，基于車門密封精細(xì)等效模型的等效彈簧單元，以車門窗框與門框側(cè)圍的間隙作為設(shè)定作用方向下各等效彈簧單元的壓縮位移；

302：對(duì)各等效彈簧單元施加幸運(yùn)的壓縮位移，并由車門密封精細(xì)等效模型的等效彈簧單元的剛度系數(shù)，得到各等效彈簧單元所受到的分布載荷情況；

303：根據(jù)各等效彈簧單元所受到的分布載荷情況，得到各等效彈簧單元對(duì)應(yīng)窗框的變形量。

下面具體說明：

設(shè)計(jì)剛度和預(yù)彎量時(shí)，應(yīng)該考慮實(shí)際密封壓縮位移，由于車門間隙變化非規(guī)則，因此對(duì)密封壓縮也各不相同。通過實(shí)際整車生產(chǎn)以及調(diào)研發(fā)現(xiàn)，車門在關(guān)閉時(shí)由于車門上下鉸鏈以及車門形成穩(wěn)定的三角型結(jié)構(gòu)，因此車門下部不容易產(chǎn)生變形，而車門上部窗框部分距離鉸鏈固定處較遠(yuǎn)，并且窗框中間安裝玻璃，整體剛度較弱因此容易發(fā)生形變，著重考慮窗框處的剛度以及預(yù)彎。并且以下計(jì)算窗框密封作用變形時(shí)都使用上述建立的等效彈簧替代的車門密封精細(xì)等效模型，其中每個(gè)等效彈簧單元的剛度系數(shù)k已經(jīng)由步驟s2計(jì)算得出。

1、等效彈簧介紹

對(duì)建立的密封彈簧等效的車門有限元模型進(jìn)行具體分析，在有限元仿真中需要模擬真實(shí)的車門閉合工況，在實(shí)際中，密封條安裝于車門上，車門關(guān)閉后汽車車身側(cè)圍鈑金對(duì)車門上的密封條壓縮，從而產(chǎn)生了密封反作用力，作用于車門上。在abaqus軟件仿真中為模擬這一真實(shí)工況，選用spring2(兩結(jié)點(diǎn))彈簧單元。該單元一端固接于車門鈑金，另外一端等效于車身側(cè)圍鈑金，并且可以移動(dòng)如圖8所示，通過移動(dòng)等效彈簧單元來進(jìn)行位移加載，使等效彈簧單元產(chǎn)生壓縮模擬密封反作用力，而密封力的大小即等效彈簧單元壓縮后產(chǎn)生的大小需要依據(jù)彈簧端點(diǎn)位移確定。圖8中a為可移動(dòng)的加載點(diǎn)，a可以進(jìn)行沿設(shè)定的箭頭方向移動(dòng)。

2、等效彈簧端點(diǎn)位移加載確定

車門閉合后，每個(gè)分段密封條受鈑金作用，其壓縮量即彈簧端點(diǎn)的位移都有不同，需要對(duì)每個(gè)部分車門密封條壓縮進(jìn)行設(shè)計(jì)測量選取。本方法基于某車型caita數(shù)模裝配后會(huì)將車門裝配到車身上同時(shí)把密封條裝配到車門上，并且在catia數(shù)字設(shè)計(jì)模型中使用軟件測量工具測量出每部分密封條具體的壓縮量是多少，依據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)每個(gè)等效彈簧施單元加相對(duì)應(yīng)的位移，以此來模擬閉合時(shí)真實(shí)工況。依據(jù)caitia測量工具測出的具體數(shù)據(jù)得出圖9。

s4：根據(jù)窗框的變形量得到窗框的剛度最優(yōu)值和預(yù)彎量最優(yōu)值，下面具體說明：

1、集中載荷f與分布載荷f下的剛度設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)校核窗框剛度時(shí)，采用集中力加載方式，將車門門鎖以及鉸鏈固定，而在窗框施加集中力，觀察其變形是否符合要求，主要是為了驗(yàn)證在密封力作用下車門窗框是否符合剛度要求，而實(shí)際中，車門密封力是分布式加載，使用集中載荷會(huì)造成校核不準(zhǔn)確，圖10所示，本方法依據(jù)步驟301得到的施加位移進(jìn)行加載，最終得出窗框變形，并與車門集中載荷施加相比較，得出基于密封彈簧等效的車門有限元模型計(jì)算出的車門變形更小，也就是集中載荷校核下車門變形過大，有時(shí)校核會(huì)得出車門窗框不符合剛度要求，但在實(shí)際密封力作用下車門是剛度符合要求。使用集中載荷校核車門時(shí)，設(shè)計(jì)人員為了能讓車門符合要求，會(huì)加大車門剛度，從而造成剛度過大，增加設(shè)計(jì)成本。

2、預(yù)彎量設(shè)計(jì)

密封反作用除了對(duì)窗框剛度影響外，也會(huì)對(duì)密封產(chǎn)生影響，由于車門反作用力會(huì)使車門窗框產(chǎn)生變形，窗框的變形可以近似呈現(xiàn)出繞某一軸線的變形，導(dǎo)致車門閉合時(shí)窗框鈑金無法在設(shè)計(jì)位置，嚴(yán)重時(shí)局部密封條與鈑金接觸不嚴(yán)密，發(fā)生密封泄漏。在設(shè)計(jì)車門窗框時(shí)，為了抵消密封通常在焊接車門窗框時(shí)會(huì)對(duì)車門窗框繞車門腰線位置旋轉(zhuǎn)一定角度，從而抵消密封力對(duì)窗框作用產(chǎn)生的變形，圖11所示，θ為繞車門腰線的旋轉(zhuǎn)角度，而預(yù)彎角度的設(shè)計(jì)需要精準(zhǔn)計(jì)算處車門實(shí)際變形。本方法基于步驟s3得出的窗框準(zhǔn)確變形量，通過選取窗框上各個(gè)點(diǎn)的位移，并依據(jù)圖11所示的車門腰線計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)到車門腰線的距離，計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)繞車門腰線旋轉(zhuǎn)的角度，以此旋轉(zhuǎn)角度作為窗框的預(yù)彎量最優(yōu)值，在設(shè)計(jì)過程中使用精確地變形角度進(jìn)行預(yù)彎，從而達(dá)到較優(yōu)的結(jié)果。由于不同車型密封以及鈑金不同，因此可依據(jù)需求計(jì)算每個(gè)車門鈑金的具體預(yù)彎角度。

車門窗框剛度影響整車舒適性和安全性。傳統(tǒng)剛度設(shè)計(jì)采用集中載荷簡化法，通過施加偏大的集中載荷以提高安全系數(shù)，同時(shí)未能計(jì)入車門密封的復(fù)雜反作用，所得剛度偏于保守。為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，面向車身輕量化，本發(fā)明研究車門—密封—側(cè)圍三元復(fù)雜空間匹配接觸作用，通過車門密封條分段三維仿真，分別提取壓縮負(fù)荷特性并擬合彈簧等效剛度，建立基于彈簧等效的車門密封精細(xì)等效模型。面向車門復(fù)雜輪廓，本發(fā)明通過量化車門—側(cè)圍分縫間隙，確立等效彈簧單元的壓縮位移與作用方向，形成計(jì)入非均勻密封作用的車門窗框剛度新算法。由于密封反作用影響，傳統(tǒng)車窗預(yù)彎量設(shè)計(jì)也必須考慮分布式非均勻密封作用的影響，以此為依據(jù)對(duì)車窗進(jìn)行預(yù)變形調(diào)校。所以本發(fā)明方法基于車門實(shí)際閉合狀態(tài)和分段密封精細(xì)作用，能獲得滿足密封要求的更小剛度，可顯著壓縮集中載荷法所得冗余剛度，能夠?yàn)橛?jì)入密封精細(xì)反作用的車窗預(yù)彎量設(shè)計(jì)提供更可靠的參考，支持輕量化最低車門剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)。