基于Marc的汽车密封条有限元分析及二次开发
基于Marc的车门密封胶条优化设计
0引言进入21世纪以来，中国的汽车工业得到了飞速发展，一方面，从2009年起，中国的汽车产量和销量一直居全球第一；另一方面，人们对汽车的乘坐舒适性有了越来越高的要求。
然而，密封胶条作为车身的重要功能件与结构件，其性能的好坏直接影响到整个车身的使用性能与乘坐性能，因此越来越受到重视，许多汽车厂商已经开始认识到密封胶条设计的好坏直接关系到该产品在汽车市场的占有份额。
所以，针对密封胶条进行专项研究十分必要。
密封条在轿车中对车身的防尘密封、隔振降噪及内外装饰发挥着不可替代的作用。
由于密封胶条的几何非线性、材料非线性及接触非线性特征，所以其不同的材料类型、结构及装配工艺都会直接影响其功能性、可靠性和装饰性，最终对用户的驾乘体验造成直接影响。
为了提高产品的开发效率和质量，同时保证密封胶条的功能性、可靠性及装饰性。
过去试制、实验认证、再试制全凭经验的试错方法已经很难保证产品设计的质量和效率，未来也将被汽车工业所淘汰。
随着计算机运行速度的提高、非线性材料力学和有限元思想理论的发展，使得工程师可以利用非线性有限元软件在产品开发前期对产品的结构进行全工况真仿优化，减少了不必要的时间与材料浪费。
本文利用非线性有限元分析软件，针对上汽通用五菱股份有限公司的某款开发车型的车门密封条，仿真分析了车门关闭过程中胶条的压缩负荷曲线和变形过程，根据设计经验发现压缩力数值过大，因此对密封胶条截面泡管厚度进行减薄，减小了胶条的压缩负荷，最后通过关门速度实验验证了车门关闭速度满足要求。
1有限元分析模型的建立1.1材料的本构模型橡胶是超弹性材料，在大几何变形的条件下，表现出很强的非线性特征，因此其材料本构模型的推导经历了很长的时间。
20世纪40年代初，M.Mooney第一次提出了橡胶基于Marc的车门密封胶条优化设计谢贵山，韩启明（上汽通用五菱股份有限公司，广西柳州541007）【摘要】随着国内汽车工业的快速发展，消费者已经不仅仅满足于汽车的功能性要求，对乘坐舒适性也有了更高的标准。
基于Marc的车门密封条接触有限元分析
新模型
旧模型
图 4 新、旧密封条几何模型对比
4
结论
通过新旧两方案对比分析可知，新方案比旧方
案的压缩负荷减小了 80.3%，表明通过改变壁厚及 形状可明显改善车门关闭力。
参考文献
[1] 陈火红.Marc 有限元实例分析教程[M],2002.4.
16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
旧方案 新方案
Force/N
13 14 15 16 17 18 19 20 21
Displacment/mm
图 3 密封条结构改进前后的压缩负荷比较 从图 2 可看出，密封条被压缩 7mm（对应图 3 中的 13mm）时，33.57%～37.3%的较大应变发生 在如图所示的区域，而下泡管的应变较小。区域 1 应变较大是因为压缩过程中受到凸起部位的压缩 力对该部位的弯矩造成的，上泡管的区域 2 和 3 应 变较大也是由于受到较大弯矩造成的，表明上泡管 及凸起部位主要承受压缩负荷。 图 3 中， 横坐标为相对图 2 坐标系下车门 X 方 向的位置，即初始位置与压缩量的差值，纵坐标为 密封条对车门的反作用力即压缩负荷。 由图 3 可知， 压缩负荷与压缩量的关系为非线性关系，旧方案密 封条垂直压缩 7mm 时的最大压缩负荷为 14.49N。 该压缩负荷即密封条压缩变形产生的阻力，它是引 起车门关闭力超重的主要因素之一，因此对其进行 结构改进以减小车门关闭力。
Abstract: In order to solve the problem with close force over-loaded of weather strips of a passenger car door, the nonlinear finite element software, MSC.Marc, is applied to carry out calculation and analysis. It is shown by results that wall thickness and shape of the lower foam house and the size of its raise areas are the main causes of weather strips over-loaded. The close force of improved weather strips decrease by 80.3% than original one by analysis. Key words: Weather Strip, Contact, FEA MSC.Mentat 进行前处理，再利用 MSC.Marc 求解
基于MSC.Marc二次开发进行粘弹性问题分析 (1)
剪应变张量的转换矩阵 。
1 -μ -μ
0
0
0
-μ 1 -μ
0
0
0
-μ -μ 1
0
0
[ C] =
0
0
0 2 (1 + μ)
0
0 ;
0
000
0
2 (1 + μ)
0
000
0
0
2 (1 + μ)
1
1
1
[N] =
2
2
2
同理 ,可以推导得到球应力引起粘性变形增量 ( GPa·s) η2
3 (1 - 2μ)
注 :这里假定应力偏量和球应力引起粘性变形的规律与应力张量引 起的粘性变形规律相同 。
表 2 不同时刻垂直位移比较 Table 2 The comparison of vertical displacement
仍取表 1 中数据 ;基岩
为线 弹 性 材 料 。计 算
尺寸 :m
时间 步 长 取 Δt = 86
图 4 混凝土坝示意图
400 s(1 d = 86 400 s) ; Fig. 4 The sketch of concrete dam
累计时间 T = 46 656 000 s(540 d) 。图 5 为混凝土坝
粘弹性模型的本构关系可分为两部分 :其一是 球应力分量下的本构关系 ;其二是应力偏量下的本 构关系 。文献[ 1～3 ]假定粘性变形只有剪切变形 , 而无体积变形 ,即仅应力偏量产生粘性变形 ,球应力 只产生弹性变形 ;文献[ 4 ]则假定球应力和应力偏量 都产生粘性变形 。显然 ,为了合理地考察工程材料 在荷载作用下的粘性变形性态 ,有必要分别对球应 力和应力偏量进行考察 。大型通用商业软件 MSC. Marc 分别提供了球应力和应力偏量引起粘性变形 的开放式子程序接口 。由于目前关于采用 MSC. Marc 软件进行弹塑性分析的文献报导很多[5 ,6 ] ,而 关于采用 MSC. Marc 软件进行粘弹性 、弹粘塑性等 分析的文献报导很少 。据此 ,本文初步探讨了基于 MSC. Marc 的粘弹性问题分析 ,通过 MSC. Marc 软 件开放式程序接口开发了广义开尔文模型 ,并进行 了算例分析 ,得到了一些有益的结论 。
MARC有限元分析在轴结构设计中的应用
MARC有限元分析在轴结构设计中的应用
岳玉梅;毛雅丽
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2003(000)004
【摘要】在利用有限元方法对轴易产生应力集中的部位进行了细致地建模,通过计算得到了轴的结构应力分布规律、变形量;通过对危险截面的强度校核验证了原设计方案的可靠性,从而为该轴方案的最终确定提供了理论依据,同时也为轴的结构设计提供了一种有效的方法.
【总页数】2页(P29-30)
【作者】岳玉梅;毛雅丽
【作者单位】沈阳航空工业学院,沈阳,110034;沈阳电力高等专科学校,沈
阳,110036
【正文语种】中文
【中图分类】TB115
【相关文献】
1.有限元分析在轴结构设计中的应用 [J], 张宇
2.MSC．Marc有限元分析软件在焊接残余应力和变形模拟中的应用 [J], 郑江鹏;黄治军;方要治
3.MARC有限元分析在钢板弹簧设计中的应用 [J], 王玉超;周锋
4.有限元分析在轴结构设计中的应用 [J], 李庆忠;郭立新
5.有限元分析在轴结构设计中的应用 [J], 岳玉梅;张洪亭;等
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基于Marc的汽车密封条有限元分析及二次开发设计
基于Marc的汽车密封条有限元分析及二次开发设计毕业设计题目基于Marc的汽车密封条有限元分析及其二次开发学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级机自0902学生李清杰学号20090421147指导教师宋卫卫二〇一三年五月二十四日摘要采用非线性有限元分析软件MSC.Marc对车窗和车门密封条受力过程进行分析，并掌握了它们的整个分析过程，对整个分析过程进行进一步的研究和简化，来提高工作效率。
而对于各种不同的密封条的分析有些过程是一样的，因此可以对其进行二次开发，省略其中的繁琐的过程，而MSC.Marc支持Python程序的调用，使用PyMentat模块来建立或修改模型时，Python脚本就会发送一系列命令给MSC.Marc Mentat，这些命令和选择适当的菜单选项时提交的命令是相同的，也就是说Python脚本程序命令MSC.Marc软件执行相应的操作，来进行不同程度的建模、分析以及后处理。
所以采用Python语言进行一系列的编程，简化了车窗和车门密封条的有限元分析过程，而且通过PyMentat模块在Python脚本中使用MSC.Marc Mentat PARAMETERS可以很简单的进行变量的输入，在调用Python程序前可输入要改变的变量，例如受力的大小等。
关键词：MSC.Marc；密封条；python程序；有限元分析ABSTRACTBy using the nonlinear finite element analysis software MSC.Marc for window and door seal force process analysis, and grasp the whole analysis process are simplified, and further research on the whole process of analysis, to improve work efficiency.Analysis of sealing strip for a variety of some process is the same, so it can be two times the development of its, omit the tedious process, while the MSC.Marc Python program to support the call, to create or modify the model using the PyMentat module, the Python script will send a series of commands to the MSC.Marc Mentat, these commands and select the appropriate options menu to submit orders is the same, that is to say the Python script commands of MSC.Marc software implementation of the corresponding operation, to varying degrees of modeling, analysis and processing. So a series of programming using Python language, simplify the finite element window and door seal analysis process, but also through the PyMentat module in the Python script using the MSC.Marc Mentat PARAMETERS can be very simple for variable input, input to change the variables in the calling Python program, for example, force size etc..Key words：MSC.Marc; seal; Python program; finite element analysis目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 前言 (1)1.1 汽车密封条研究背景及意义 (1)1.2 密封条的介绍 (1)1.3 Marc软件的简介 (1)1.4 Python程序简介 (2)2 车窗密封条的有限元分析 (3)2.1 车窗密封条分析参数的确定 (3)2.2 车窗密封条网格模型的建立 (3)2.3 接触条件定义 (5)2.4 车窗密封条分析的后处理结果 (5)3 车门密封条的有限元分析 (7)3.1 车门密封条介绍及分析参数的确定 (7)3.2 车门密封条网格模型的建立 (7)3.3 边界条件定义 (8)3.4 车门密封条分析的后处理结果 (8)4 针对密封条分析的Marc软件的二次开发 (11)4.1 Marc软件与Python联系 (11)4.2 Python开发流程 (11)4.2 Python语言基本应用 (12)4.3 车窗密封条分析的程序代码 (12)5 结论 (17)5.1 总结 (17)5.2 展望 (17)参考文献 (19)致谢 (20)1 前言1.1 汽车密封条研究背景及意义中国汽车的数量越来越多，而中国的汽车制造水平还有很大的提高。
汽车背门密封条起皱问题解析
Internal Combustion Engine&Parts0引言背门密封条是汽车背门密封系统重要的组成部分，其性能的好坏直接影响汽车的密封性、舒适性、美观性。
在实际生产过程中，经常碰到背门密封条起皱问题，其主要有三种起皱现象：密封泡管起皱、防水唇边起皱、披边起皱。
因此本文主要讲述的是对汽车背门密封条三种起皱问题的分析、改进和总结。
1背门密封条简介背门密封条是安装在背门侧围上的一圈胶条，属于动态密封，依靠密封条的压缩变形来填充背门和侧围外板的缝隙，防止外部的风雨、尘土等有害物质侵入车内，减少汽车在行驶中产生的震动，缓和背门关闭时的冲击力。
常见的背门密封条主要有三部分组成：①EPDM密实橡胶；②EPDM海绵橡胶；③金属骨架。
背门密封条断面如图1所示。
图1背门密封条断面图1.海绵泡管部分；2.密实胶部分；3.金属骨架；4.防水唇边；5.披边.2背门密封条的起皱问题分析本章对背门密封条三种起皱问题进行分析总结。
2.1密封泡管起皱2.1.1起皱现象分析对故障车进行分析发现，密封泡管起皱现象多产生于拐角处，外观质量差，密封效果下降，容易造成背门拐角处漏水。
密封条在拐角弯曲时，内侧要收缩，外侧要拉伸。
因海绵泡直径大，在弯曲半径不变的情况下，内侧收缩产生的余量大，不能够被吸收而起皱，Margin越小折皱越厉害[1]。
2.1.2起皱现象的主要影响泡管起皱使得密封效果下降，密封条功能失效也就意味着密封条的防水、密封、隔音、防尘等重要作用失效，NVH 性能下降。
密封条无法起到密封的作用，将导致水流进入到车内，严重影响整车产品质量[2]。
同时拐角处泡管属于外观可视面，起皱现象严重影响客户对汽车品质的感观。
2.1.3起皱现象的根本原因分析影响拐角密封条泡管起皱主要因素主要有：产品结构是否合理、泡管壁厚、泡管干涉量、产品是否符合图纸、密封条装配是否到位。
下面针对以上因素对拐角密封条泡管起皱的故障进行分析。
2.1.3.1产品结构是否合理背门密封条泡管结构大致分为3种：桃心形、圆形、辅助性，如图2所示。
基于Marc 的车门密封条有限元分析
4.1 密封力实验 通过拉伸实验机和密封力工装，对优化后的密封条实物进行
密封力性能测试，测试结果满足密封力要求。
学术 | 制造研究
ACADEMIC
图 5 改进结构密封力曲线图
图 3 原结构密封条关门变形云图 图 4 优化前后结构对比
图 6 改进结构密封条关门变形云图
4.2 装车淋雨实验 密封条装车匹配后变形状态与理论分析基本一致，通过淋雨
供理论依据。
关键词 ：有限元分析 ；密封条 ；车门漏水 ；超弹性材料 ；密封力
中图分类号 ：U465
文献标识码 ：A
0 引言
汽车密封条采用的是三元乙丙橡胶（EPDM）材料，具有良 好的弹性、隔音降噪效果。由于密封条实际装配过程中都是处于 压缩变形状态，设计结构时，密封条和周边环境件往往处于干涉 状态。而干涉量和变形状态对汽车的密封性能起着决定性作用， 设计工程师通常根据经验来对密封条的结构和干涉量进行设计和 优化。这样会大大降低了设计的可靠性，导致后期问题频发，增 加开发成本。
由上述分析结果可知，车门漏水的根本原因是车门拐角处密 封条结构设计不合理导致，故需要对该结构进行优化，在满足密 封力的同时要满足防水排水性能。
图 1 车门密封条变形有限元分析模型
038
AUTO DRIVING & SERVICE 2021 . 06
图 2 原结构密封力曲线图
3 改进设计
3.1 改进后模型 通过以上变形图找出压缩变形不符合的部位，然后对此部位
学术 | 制造研究
ACADEMIC
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基于 Marc 的车门密封条有限元分析
曾伟、尹丽、余伟、陈军闰
（湖北大运汽车有限公司技术中心，十堰 442500）
基于MSC.Marc的车门密封条安装间隙分析及优化
150AUTO TIMEMANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺基于MSC.Marc 的车门密封条安装间隙分析及优化吴定凯 雷德春建新赵氏科技有限公司 技术中心 浙江省宁波市 315609摘 要： 针对车门密封条在装车过程中存在间隙问题，利用非线性有限元分析软件MSC. Marc 建立车门密封条三维仿真模型，分析车门密封条与车门钣金安装间隙的原因，并对车门钣金安装孔间距的进行优化，解决了车门密封条与车门钣金安装间隙问题。
关键词：车门密封条 安装间隙 有限元分析 优化车门密封条是安装在车门钣金上，在车门关闭时与车身侧围发生接触变形，起到缓冲作用；同时阻隔车辆内部与外部空气流通，起到防风、防尘、防水和隔声等作用。
车门密封条通过卡扣卡接方式安装在车门钣金上，如果钣金上卡扣安装孔间距设计不合理，车门密封条在安装后会与钣金产生间隙，如图1所示，造成车门密封条密封不严，导致车厢内部内漏风、漏水、噪声增加。
赵建才【1，2】利用基于弧长法的有限元方法对密封条起皱现象进行了研究，获得了密封条失稳起皱的临界条件，解释了密封条弯曲起皱的机理，并对其结构进行了优化。
李欢等【3】利用非线性有限元软件Msc.Marc 分析了建立三维分析模型对车门密封条进行弯曲分析，并对其结构进行了优化。
赵健【4】利用非线性有限元软件Msc.Marc，对行李箱条和门洞条进行密封力、插拔力、弯曲分析，仿真分析出初始设计方案存在密封力偏大、装配困难、弯曲塌陷等问题，并对其结构进行了优化。
本文借助非线性有限元软件MSC.Marc，构建车门密封条三维模型，分析密封条安装后产生间隙的原因，并对车门钣金安装孔间距进行优化，以解决汽车车门密封条在安装后与车门钣金存在安装间隙的问题。
1 车门密封条安装模拟1)材料模型建立发泡胶在较大变形情况下其弹性为非线性，且随着空隙度的变化，体积变化也会十分显著，用Foam 模型的应变能函数来描述其材料力学性能。
基于Marc的汽车密封条有限元分析及二次开发设计
基于Marc的汽车密封条有限元分析及二次开发设计毕业设计题目基于Marc的汽车密封条有限元分析及其二次开发学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级机自0902学生李清杰学号20090421147指导教师宋卫卫二〇一三年五月二十四日摘要采用非线性有限元分析软件MSC.Marc对车窗和车门密封条受力过程进行分析，并掌握了它们的整个分析过程，对整个分析过程进行进一步的研究和简化，来提高工作效率。
而对于各种不同的密封条的分析有些过程是一样的，因此可以对其进行二次开发，省略其中的繁琐的过程，而MSC.Marc支持Python程序的调用，使用PyMentat模块来建立或修改模型时，Python脚本就会发送一系列命令给MSC.Marc Mentat，这些命令和选择适当的菜单选项时提交的命令是相同的，也就是说Python脚本程序命令MSC.Marc软件执行相应的操作，来进行不同程度的建模、分析以及后处理。
所以采用Python语言进行一系列的编程，简化了车窗和车门密封条的有限元分析过程，而且通过PyMentat模块在Python脚本中使用MSC.Marc Mentat PARAMETERS可以很简单的进行变量的输入，在调用Python程序前可输入要改变的变量，例如受力的大小等。
关键词：MSC.Marc；密封条；python程序；有限元分析ABSTRACTBy using the nonlinear finite element analysis software MSC.Marc for window and door seal force process analysis, and grasp the whole analysis process are simplified, and further research on the whole process of analysis, to improve work efficiency.Analysis of sealing strip for a variety of some process is the same, so it can be two times the development of its, omit the tedious process, while the MSC.Marc Python program to support the call, to create or modify the model using the PyMentat module, the Python script will send a series of commands to the MSC.Marc Mentat, these commands and select the appropriate options menu to submit orders is the same, that is to say the Python script commands of MSC.Marc software implementation of the corresponding operation, to varying degrees of modeling, analysis and processing. So a series of programming using Python language, simplify the finite element window and door seal analysis process, but also through the PyMentat module in the Python script using the MSC.Marc Mentat PARAMETERS can be very simple for variable input, input to change the variables in the calling Python program, for example, force size etc..Key words：MSC.Marc; seal; Python program; finite element analysis目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 前言 (1)1.1 汽车密封条研究背景及意义 (1)1.2 密封条的介绍 (1)1.3 Marc软件的简介 (1)1.4 Python程序简介 (2)2 车窗密封条的有限元分析 (3)2.1 车窗密封条分析参数的确定 (3)2.2 车窗密封条网格模型的建立 (3)2.3 接触条件定义 (5)2.4 车窗密封条分析的后处理结果 (5)3 车门密封条的有限元分析 (7)3.1 车门密封条介绍及分析参数的确定 (7)3.2 车门密封条网格模型的建立 (7)3.3 边界条件定义 (8)3.4 车门密封条分析的后处理结果 (8)4 针对密封条分析的Marc软件的二次开发 (11)4.1 Marc软件与Python联系 (11)4.2 Python开发流程 (11)4.2 Python语言基本应用 (12)4.3 车窗密封条分析的程序代码 (12)5 结论 (17)5.1 总结 (17)5.2 展望 (17)参考文献 (19)致谢 (20)1 前言1.1 汽车密封条研究背景及意义中国汽车的数量越来越多，而中国的汽车制造水平还有很大的提高。
MSC.Marc软件在轿车密封条的应用研究
MSC.Marc软件在轿车密封条的应用研究赵建才，周持兴上海交通大学MSC.Marc软件在轿车密封条的应用研究Application Study on Seal Structure of CarDoor Based on MSC.Marc赵建才周持兴(上海交通大学)摘要: 轿车车门密封条是一种复杂的材料非线性、几何非线性、边界非线性的特殊对象。
为了解决密封条压缩负荷超标问题，本文采用非线性有限元的分析方法与优化设计理论，借助于高速运行的计算机和MSC.Marc软件，对轿车车门密封条进行结构分析和优化设计，并将结构优化后的密封条进行实际生产，获得了比较理想的结果。
关键词:轿车密封条非线性有限元结构优化 MSC.MarcAbstract：The seal of car door is a complicated object, which has many special performances such as material nonlinearity, geometric nonlinearity and nonlinearity of boundary condition. In order to settle the problem that the compression load of the seal is above the norm, nonlinear finite element method (FEM) and the theory of optimum design are introduced in this paper. The seal structure of car door is analyzed and optimized by high performance computer and the software MSC.Marc. The optimized seal is put into practice and the result is relatively perfect.Key words: car，seal，non-linear FEM，structural optimization, MSC.Marc1 概述汽车工业是上海乃至全国经济发展的支柱产业。
基于Marc的汽车车门密封条有限元分析
汽车科技 ／Ａ ＵＴ Ｏ Ｓ Ｃｌ ＿ ＴＥ ＣＨ ２ ０ １ ３ 年第６ 期
果 。文 献［ １ ］ 对 影响汽 车密封 条 密封性 能的相关 因
素进行了研究 ，通过运 用Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ 软件对密封条进 行 了非线性 有 限元 分析 ，得到 了密封 条受力 变形
对轿车车 门密封条结构 进行 了分 车 门关 门力 是评价 汽车 车 门密 封条设 计效 果 特性 曲线 ；文献 的一 项重要 指标 ，其 中克服密 封条压 缩负荷 占车 析与优 化设计 ，通 过分析 密封条 的压 缩受力 变形 门关 门力很 大 比例 ，据美 国福 特汽车 公 司的一份 特性 ，得到 了优化 后密封条结构 的截 面形状 ；文 测试报 告显示 ，密 封条压 缩负荷 构成 了轿车关 闭 献 时 车 门密封条大变形非线性进行有 限元分析 ， 车门所需能量的３ ５ ％～ ５ ０ ％ 。车 门在关闭时 出现关 通过 利用 实测数 据与 Ｍ ａ ｒ ｃ 分 析计 算结果 的比较 ，
Ａｉ ｍｉ ｎｇ ａ ｔ ｓ ｏ ｌ ｖ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｈｅ ｎ ｏｍｅ ｎ ｏｎ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｃ ｌ ｏｓ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏｒ ｃ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ｗｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｗｈｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｖ ｅ ｈｉ ｃ ｌ ｅ ｂ ａ ｃ ｋ ｄｏ ｏｒ ｉ ｓ ｃ ｌ ｏｓ ｅ ｄ，ｔ ｈ ｉ ｓ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｓ ｓ ｅ ａ ｌ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｒ ｉ ｐ ｍｏ ｄｅ ｌ ，ａ ｎｄ ｕｓ ｅ ｓ ｔ ｈｅ ｎ ｏｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｆ ｉ ｎｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｓ ｏｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ Ｍａ ｒ ｃ ｔ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｔ ｈｅ ｃ ｏ ｍｐｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ ｏａ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｓ ｅ ａ ｌ ｉ ｎｇ ｓ ｔ ｒ ｉ ｐ ｏ ｎ ｉ ｔ ｓ ｃ ｒ ｏｓ ｓ － ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕｒ ａ ｌ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｓ ｉ ｔ ｓ ｃ ｒ ｏｓ ｓ — ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｗｈｉ ｃ ｈ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈｅ ｃ ｏ ｍｐｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ ｏａ ｄ ｏｆ ｂａ ｃ ｋ
汽车门框密封条压缩的仿真分析
的Hyperfoam材料本构模型来描述，其本构方程如下：
/ U
=
N i=1
2ni a2i
' mr1ai
+
mr2ai
+
mr3ai
-
3
+
1 bi
6^
J h-aibi e
-
1@1
（1）
Jt = ^1 + fth3
（2）
mr i
=
Jt
1 3
mi
（3）
Je =
J Jt
（4）
式中：U为应变能；N为阶数，取3；λ（i i＝1，2，3）为
根据门框密封条断面材料建立3种仿真模型 （见 图 2）：普 通 模 型、插 入 - 压 缩 模 型 和 包 覆 层 模 型，各模型网格平均尺寸均为0. 2 mm，而泡管材料 和边界条件有区别。普通模型将泡管材料全部设 为 海 绵 胶，边 界 条 件 设 为 钢 骨 架 全 约 束 和 位 移 加 载。插入-压缩模型的上述条件与普通模型一致， 但 考 虑 压 缩 过 程 中 钳 口 卡 爪 变 形 的 影 响，其 分 析 过程分2步进行：第1步约束断面左侧，将支撑板件 插 入 门 框 密 封 条 钳 口；第 2 步 释 放 约 束，进 行 压 缩 分析。包覆层模型考虑了门框密封条泡管内外表 面包覆层的作用。门框密封条泡管在生产过程中 由于热融化和涂层的作用会在内外表面形成厚度
仿真与试验汽车门框密封条的压缩力-压缩 量曲线如图4所示。初始接触阶段由于接触不稳 定，仿真与试验门框密封条的压缩力-压缩量曲线 变化趋势差异较大，进入稳定压缩状态之后，仿真 与试验门框密封条的曲线变化趋势基本一致。
擦因数，为0. 5；σn为正压力。
MARC二次开发教程
前言MSC.Marc软件在我国的航空、航天、核工业、铁路运输业、石油化工、机械制造、能源、汽车、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利等领域得到广泛的应用，为各领域中产品设计、科学研究做出了很大贡献。
该软件的功能在不断地改进，应用领域也在不断地扩展。
但由于实际问题的多样性，不同用户要求的特殊性，利用软件缺省的标准输入/输出有时并非最佳选择。
另外，也可能存在标准的程序尚不具备的特定用户需要的某一方面功能的情形。
对前一种情况，可通过MSC.Marc提供的大量用户子程序接口，将用户需要的输入/输出以最简便的方式定义，而无需受缺省输入/输出的限制。
对于后者，在功能强大的通用软件框架下可以耦合进用户所需功能，使通用软件向特定领域的专用软件扩展。
MSC.Marc的许多国外著名的用户已利用MSC.MARC提供的开放性求解问题能力，借助于用户子程序完成了众多高级复杂工程问题分析和学术研究。
例如由美国宇航局牵头，美国政府、工业界和著名大学三方合作完成的MHOST计划，就涉及许多这样的MSC.Marc二次开发工作。
而由NASA和MSC.Marc共同开发的新型可再用航天飞行器模型X－33的热翼面擅振分析也是一个扩展MSC.Marc软件分析功能的成功实例。
自从1995年以来，MSC.Marc在国内得到了越来越广乏的应用。
一些国内的用户利用二次开发，扩展了程序功能。
如高温结构和土木工程中的本构模型研究、复杂结构的热分析、金属成型过程中的组织演化、焊接过程热源控制、网格死活条件和自适应条件控制等。
为了使广大的用户更好地用好软件的二次开发功能，编写一本有关二次开发功能的书，一直是编者的一个愿望。
编者从实际工程应用出发，结合编者使用软件的经验以及帮助广大用户解决问题的经验，根据MSC.Software公司的最新资料编写了本书。
本书共分14章：第1章介绍MSC.Marc二次开发的概况及基本过程；第2章介绍FORTRAN计算机语言的基本知识；第3章通过多个实例介绍有关加载及边界条件施加的用户子程序的使用；第4章通过多个实例介绍各向异性材料和本构关系用户子程序的使用；第5章介绍粘塑性用户子程序的使用方法；第6章介绍粘弹性用户子程序的使用方法；第7章介绍如何通过用户子程序修改单元几何形状；第8章介绍如何定义用户特殊的输出；第9章介绍有关滑动轴承分析的用户子程序的使用；第10章介绍如何对Marc 的后处理文件进行重新处理；第11章介绍如何将用户与温度、应变率相关的材料弹塑性数据文件直接调到程序之中；第12章通过实例介绍如何将复杂的本构关系及其积分过程加到Marc之中；第13章通过实例介绍二次开发在大型结构热分析中的应用；第14章介绍如何利用Python语言进行二次开发。
基于非线性有限元分析的汽车密封条装配结构优化
展 开 了许 多 研 究 ， 但 装 配 结 构 中 夹 持 齿 齿数 ， 钣
金 插拔位置和钣金厚度等对插拔特性的影响， 尚
未 见到 文献 报道 。 本 文 借 助 非 线性 有限 元 软 件 Ｍａ ｒ ｃ ，针 对 某 车
１ ． １几何模型建立 某 车 型 密封 条 的结 构 如 图 １ 所示 ， 由泡管 状 海 绵体 （ 单 管 或 双 管 ） 、金 属 骨 架 （ 有 骨 架 或无 骨 架 ） 、夹 持 齿 （ 由密 实 胶 组 成 ）和 装 饰 条 组 成 。
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要 是 夹 持 部 位 起 作 用 ，为 便 于 研 究 ，对 密 封 条 的 截 面 结 构 进 行 简 化 ，简 化 模 型 中去 掉 泡 管 状 海 绵 体 和 装饰 条 ，简化 后的 结构 如 图２ 所示。
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１ 。 ５ 结果分析
Ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． Ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ７ （ 下） ． １ ０
文章编 号 ：１ ０ ０ ９ — ０ １ ３ ４ （ ２ ｏ ｌ ３ ） ０ ７ （ 下） 一 ０ ０ ３ ７ — ０ ３
０ 引言
车 身 密 封 系 统 中 ，插 拔 力 是 评 价 密 封 条 可 靠 性 和 安 装特 性 的一 项 重 要 指 标 。 良好 的插 拔 特 性
要 求 密 封 条 有较 小 的 插入 力和 较 大 的拔 出力 ，便
响 ，对 其 结 构 进 行 优 化 ，有 效 改 善 了 密 封 条 的插
性和弯 曲特性结构 改进 的一般方法 。文献［ ３ １ 借 助非线性连续介质力学理论和有限元分析方法 ，
基于MARC二次开发的连续铸轧热力耦合分析
基于MARC 二次开发的连续铸轧热力耦合分析李毅波,李晓谦(中南大学机电工程学院,湖南 长沙 410083)摘要:综合考虑辊套与铸轧板的弹塑性变形对温度场和应力场的影响,建立铝带坯双辊连续铸轧过程的二维动态热力耦合计算模型;为了建立铸轧过程复杂的边界条件和热接触条件,采用纯铝高温本构关系和接触热阻数值模型,用F ortran 对M ARC 进行二次开发;采用更新的拉格朗日方法进行分析,得出铝带坯连续铸轧过程的温度场和应力场的分布;分析比较不同铸轧速度对铸轧板坯和铸轧辊温度场和应力场的影响。
关键词:连续铸轧;热力耦合;用户子程序;有限元分析中图分类号:TG 339 文献标识码:A 文章编号:1005-4898(2005)06-0006-04Thermo -mechanical Coupled Analysis of Continuous C astR olling Process Using MARC SubroutinesLI Yi -bo ,LI Xiao -qian(C ollege of Mechanical and E lectrical Engineering ,Central S outh University ,Changsha 410083,China )Abstract :C onsidering the contributions of roller shell and elastic -plastic deformation to tem perature field and stree field ,a tw o -dimension dynamic thermal -mechanical coupled com putation m odel was established.F ortran Language was used to make better use of M ARC to simulate the com plex boundary condition and thermal contact condition.The distribution of tem perature field and stress field in continuous cast rolling can be acquired by Lagrangian Method.The effect of various rolling speeds on the tem pera 2ture field and stree field and cast rolled stocks were analyzed and com pared.K ey w ords :continuous cast rolling ;therm o -mechanical coupled ;user subroutine ;Finite E lement Analysis收稿日期:2005-10-18基金项目:国家“863”高技术计划项目“电磁场快速铸轧制备高性能铝板带材”(2001AA337070)。
有限元技术在汽车密封条结构优化设计中的应用
有限元技术在汽车密封条结构优化设计中的应用付治存【摘要】主要论述有限元技术在汽车密封条结构优化中的应用.以ABAQUS有限元软件为基础,对密封条进行非线性有限元分析,获得密封条压缩变形形状、接触面上的压应力以及压缩受力变形特性,为进行密封系统的精益设计提供参考.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】6页(P27-32)【关键词】有限元技术;密封条;优化设计【作者】付治存【作者单位】上海长安汽车工程技术有限公司,上海201114【正文语种】中文随着消费者对汽车乘坐舒适性的要求不断提高，防振、隔噪等密封性能方面的要求也越来越重要。
借助有限元技术在设计阶段预先对密封条结构进行分析评价，提供改进优化措施，可以大幅降低产品的试制频次，提高产品的设计成功率，为密封性能的改善提供有力保证。
文中以ABAQUS有限元软件为基础，应用有限元技术对某车型门框密封条进行分析评价，考察密封条在压缩过程中的变形、受力等情况，并对密封条结构进行优化，以满足设计目标要求。
ABAQUS被广泛认为是功能最强的有限元分析软件之一，特别是在非线性分析领域，其技术和特点更是独树一帜，它融结构、传热学、流体、声学、电学以及热固耦合、流固耦合、热电耦合、声固耦合于一体，可以分析复杂的固体力学、结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。
但是它在复杂的实体模型建模方面相对较弱，因此如果只用ABAQUS去完成复杂模型的建立、网格划分和求解比较困难。
法国达索公司开发的CATIA软件是目前最流行的实体建模软件之一，它具有强大的实体建模和曲面造型功能。
鉴于此，对于复杂模型的有限元分析，可以在CATIA软件中建立实体模型，通过ABAQUS软件与CATIA之间的接口，把模型导入到ABAQUS中进行网格划分、材料属性设置以及求解等操作。
在这样一个有限元分析的过程中，不仅发挥了各个软件自身的优势，而且提升了分析的准确性，为复杂模型的有限元分析提供了一条新思路。
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毕业设计题目基于Marc的汽车密封条有限元分析及其二次开发学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级机自0902学生李清杰学号20090421147指导教师宋卫卫二〇一三年五月二十四日摘要采用非线性有限元分析软件MSC.Marc对车窗和车门密封条受力过程进行分析，并掌握了它们的整个分析过程，对整个分析过程进行进一步的研究和简化，来提高工作效率。
而对于各种不同的密封条的分析有些过程是一样的，因此可以对其进行二次开发，省略其中的繁琐的过程，而MSC.Marc支持Python程序的调用，使用PyMentat 模块来建立或修改模型时，Python脚本就会发送一系列命令给MSC.Marc Mentat，这些命令和选择适当的菜单选项时提交的命令是相同的，也就是说Python脚本程序命令MSC.Marc软件执行相应的操作，来进行不同程度的建模、分析以及后处理。
所以采用Python语言进行一系列的编程，简化了车窗和车门密封条的有限元分析过程，而且通过PyMentat模块在Python脚本中使用MSC.Marc Mentat PARAMETERS可以很简单的进行变量的输入，在调用Python程序前可输入要改变的变量，例如受力的大小等。
关键词：MSC.Marc；密封条；python程序；有限元分析ABSTRACTBy using the nonlinear finite element analysis software MSC.Marc for window and door seal force process analysis, and grasp the whole analysis process are simplified, and further research on the whole process of analysis, to improve work efficiency.Analysis of sealing strip for a variety of some process is the same, so it can be two times the development of its, omit the tedious process, while the MSC.Marc Python program to support the call, to create or modify the model using the PyMentat module, the Python script will send a series of commands to the MSC.Marc Mentat, these commands and select the appropriate options menu to submit orders is the same, that is to say the Python script commands of MSC.Marc software implementation of the corresponding operation, to varying degrees of modeling, analysis and processing. So a series of programming using Python language, simplify the finite element window and door seal analysis process, but also through the PyMentat module in the Python script using the MSC.Marc Mentat PARAMETERS can be very simple for variable input, input to change the variables in the calling Python program, for example, force size etc..Key words：MSC.Marc; seal; Python program; finite element analysis目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 前言 (1)1.1 汽车密封条研究背景及意义 (1)1.2 密封条的介绍 (1)1.3 Marc软件的简介 (1)1.4 Python程序简介 (2)2车窗密封条的有限元分析 (3)2.1 车窗密封条分析参数的确定 (3)2.2 车窗密封条网格模型的建立 (3)2.3 接触条件定义 (5)2.4 车窗密封条分析的后处理结果 (5)3车门密封条的有限元分析 (7)3.1 车门密封条介绍及分析参数的确定 (7)3.2 车门密封条网格模型的建立 (7)3.3 边界条件定义 (8)3.4 车门密封条分析的后处理结果 (9)4针对密封条分析的Marc软件的二次开发 (11)4.1 Marc软件与Python联系 (11)4.2 Python开发流程 (12)4.2 Python语言基本应用 (12)4.3 车窗密封条分析的程序代码 (13)5结论 (17)5.1 总结 (17)5.2 展望 (18)参考文献 (19)致谢 (20)1 前言1.1 汽车密封条研究背景及意义中国汽车的数量越来越多，而中国的汽车制造水平还有很大的提高。
密封条是汽车的重要组成部分，对于汽车的密封性能起到了主要作用。
密封条遍布汽车各部，有车窗密封条、车门密封条、后备箱密封条等，填补了车体间的间隙，对汽车起到了很好的密封盒保护作用。
好的密封条可以大大提高汽车的总体性能和使用寿命，因此密封条的设计是非常有必要的。
对于对密封条新产品的设计与制造，目前已经改变了传统的设计方式，利用先进计算机辅助设计技术，来对密封条进行设计模拟分析，改善密封条结构，提高密封条性能。
由于汽车密封条材料的复杂性、结构的特殊性、接触载荷和边界的非线性等因素，因此应用计算机辅助设计手段，可以提高预测能力，降低开发试制成本。
目前，在汽车密封条结构设计方面，国内密封条企业已有长足进步，数家先进企业已经成功推广应用了CAD/CAE技术，适用了汽车制造厂家的要求。
将计算机辅助试验(CAE)技术用于产品开发、质量改进、缺陷分析、寿命预测等方面,可以有效地缩短产品开发周期、降低生产成本和提高产品质量。
CAE技术在密封条的设计方面起到了非常大的作用，通过CAE技术可以分析密封条的受力情况、温度影响，使用寿命等，提高了密封条的设计制造技术。
本文主要简单模拟了密封条的受力过程，并对起分析过程进行了简化。
1.2 密封条的介绍轿车车身有一个很重要的密封件，就是用合成橡胶制成的密封条，又称为防护性成型镶条。
主要应用在车门门框、侧面车窗、前后档风玻璃、发动机盖和行李箱盖上，起到密封的作用，另外也起到减振保护的作用。
密封条的制作材料主要是聚氯乙烯（PVC）、乙丙烯橡胶（EPDM）、合成橡胶改性聚丙烯（PP-EPDM）等，通过挤压成型或者注射成型等方法制成。
1.3 Marc软件的简介MSC.Marc是功能齐全的高级非线性有限元软件，具有极强的结构分析能力。
为满足工业界和学术界的各种需求，提供了层次丰富、适应性强、能够在多种硬件平台上运行的系列产品。
可以处理各种线性和非线性结构分析包括：线性/非线性静力分析、模态分析、简谐响应分析、频谱分析、随机振动分析、动力响应分析、自动的静/动力接触、屈曲/失稳、失效和破坏分析等。
为满足工业界和学术界的各种需求，提供了层次丰富、适应性强、能够在多种硬件平台上运行的系列产品。
它提供了丰富的结构单元、连续单元和特殊单元的单元库，几乎每种单元都具有处理大变形几何非线性，材料非线性和包括接触在内的边界条件非线性以及组合的高度非线性的超强能力。
MSC Marc是世界著名的非线性有限元分析软件，并且MSC Marc软件拥有300多个具有特定功能的开发程序公共块和100多个用户子程序。
用户可以根据自己的需求调用特定的用户程序模块。
对于MSC Marc有限元分析的用户子程序的应用的成功案例所国内外有很多，特别是在用户对材料属性的定义、复杂边界条件定义等方面特别成功。
MSC Marc软件为用户提供了实用的、完善的、多层次的二次开发功能，以MSC Marc已有的软件为基础平台，可以开发出很多典型的材料本构、边界条件的用户分析子程序，从而形成自身的可长期持续应用和发展的非线性有限元分析系统。
MSC Marc嵌入了Python脚本程序，可以通过脚本编程来完成MSC Marc的很多操作，本设计就是应用Python进行编程来简化MSC Marc的分析过程，对车窗和车门密封条的分析过程进行了简化，提高了工作效率。
1.4 Python程序简介Python 是一门优雅而健壮的编程语言，它继承了传统编译语言的强大性和通用性，同时也借鉴了简单脚本和解释语言的易用性，是容易上手且功能强大的程序语言。
Python是免费的，虽然它并不是唯一一个免费的编程语言，但不同的是它提供了丰富的技术支持。
人们可以不用购买任何软件，而且不用担心版权问题就可以编写、发布Python程序。
Python语言写的程序不需要编译成二进制代码。
你可以直接从源代码运行程序。
在计算机内部，Python解释器把源代码转换成称为字节码的中间形式，然后再把它翻译成计算机使用的机器语言并运行。
事实上，由于你不再需要担心如何编译程序，如何确保连接转载正确的库等等，所有这一切使得使用Python更加简单。
由于你只需要把你的Python程序拷贝到另外一台计算机上，它就可以工作了，这也使得你的Python程序更加易于移植。
Python非常易于使用，并且可用于脚本程序，针对Marc软件而嵌入了Python 程序，方便使用者进行Marc的二次开发。
它的设计混合了传统计算机语言的软件工程的特点和脚本语言的易用性。
Python语言很适合用作其他应用程序的扩展语言，例如可以用Python来扩展CAD、Marc等设计软件的功能。
2车窗密封条的有限元分析2.1 车窗密封条分析参数的确定由于车窗密封条与车窗玻璃的相互作用过程中表现出了非常复杂的力学特性，而且车窗密封条材料属于橡胶类材料，根据橡胶材料的特性，分析中涉及复杂的非线性有限元分析过程，所以利用功能强大的非线性有限元软件MSC Marc对车窗密封条进行非线性接触分析。
车窗密封条材质为橡胶，橡胶材料的单轴拉伸实验的应力—应变曲线如图2.1所示。
通过Mentat的实验曲线拟合功能得到Ogden的模型参数，并分析在车窗关闭的过程中密封条橡胶的位置变化及应力云图。