天窗密封条的设计分析及优化

天窗密封条的设计分析及优化

Skylight sealing strip design analysis and

optimization

杨一帆纪荣华王远丁晓航

(上海荣南橡塑科技有限公司）

摘要：本文利用非线性有限元分析软件Msc.Marc，对天窗密封条设计断面进行分析验证，根据分析结果，快速判断设计合理性，找出结构问题上存根源，优化出综合性能最佳的结构断面。将优化后的设计断面投入实际生产，并对实际产品进行测试,其实验结果和仿真均符合要求。

关键词：Msc.Marc.密封条.装配分析.结构优化

Abstract:This paper,by using nonlinear finite element analysis software Msc.Marc,analyze the skylight sealing strip design section,according to the analysis results,to quickly determine the design rationality,find out the root structure on the issue of deposit,optimize the structure of the best comprehensive properties of the section.Will be put into actual production,optimized the design of cross section and the actual product testing,its experimental results and simulation conform to the requirements.

Key words:Msc.Marc.Sealing strip.Assembly analysis.Structure optimization

1引言

1.1MARC的应用前景及领域

随着汽车工业的高速发展，汽车橡胶密封条的生产技术在不断改进，尤其是中高档轿车对密封条的质量要求越来越高，不仅要具有优良密封性，还需起到防风、防水、防尘的作用，同时要兼具减震、降噪、防冻和隔热的功效。

传统密封条设计是由设计者根据经验设计出密封条的结构，对密封条的基本性能在试验之前无法真实预见，只能根据制造出来的产品进行试验后，再进行分析、材料的调整等。很难保证产品的质量，产品开发周期长且不稳定。已经不能满足现在汽车工业快速化、轻量化、高可靠性的发展趋势。

CAE技术是当前先进的、科学的设计分析方法，它打破在研发新产品时先制作样品，装配测试验，调整的旧有模式，在产品的设计之初便可以辅助进行产品结构设计、装配缺陷分

析及产品性能的改进，提高产品整体设计效率，缩短产品开发的周期，降低产品的开发成本，能够多、快、好、省的设计出产品。出现问题时，通过试验与仿真相结合可以更快速的做出修改。

2天窗密封条的设计与验证

2.1天窗密封条的概述

天窗密封条安装与车顶部位，是一种与天窗玻璃、天窗排水卡槽、车顶相互配合的密封件。其作用是在天窗关闭时对天窗产生密封性；利用密封条产生的回弹性，弥补天窗之间的装配间隙，阻止灰尘以及绝大部分的雨水进入，吸收、降低汽车在行驶时天窗产生振动以及降低风噪声保持乘坐的舒适性，并起到外观装饰作用。

2.2汽车天窗装配结构

如图1所示，汽车天窗上与密封条的配合件主要有天窗前后玻璃、天窗排卡水槽等。如图2所示，区域①位置为天窗前玻璃板，天窗闭合时将与密封条配合；区域②位置为天窗排水卡槽，与密封条装配后提供可靠的拔出力，保证密封条装配的可靠性，并将流入的少量雨水排出，防止雨水渗入汽车内部；区域③为天窗后玻璃，与天窗排水卡槽固定，不产生运动。

由此判定在天窗装配上，密封断面结构设计合理性，直接影响着天窗整体性能。

图1密封条的配合结构图2密封条配合结构剖切面

2.3天窗密封条设计方案

天窗密封条的材料主要由海绵橡胶和密实橡胶组成，海绵橡胶用作密封条泡管部分，其他位置为密实橡胶，海绵橡胶是影响密封条大变形特性的关键部分；直接与天窗玻璃A、B 部位接触，产生回弹性来实现密封条的密封功能。密实橡胶部分主要用于密封条产品的装配，设计成倒扣状态，用于被卡接在配件上，防止密封条的脱落，使密封条具有更可靠的密封性。天窗密封条设计结构如图3所示。

图3密封条结构设计结构

2.4模型分析

在天窗关闭压缩密封条的过程中，密封条受到的挤压的横截面是一致的，故此模型可以按照平面应变问题来分析，无需单独建立三维体模型，以减小模型的网格数量，提高分析效率。

密封条的网格单元尺寸选择在0.1mm-0.3mm，以便在密封条厚度方向和表面接触区域进行足够的网格细分。将天窗玻璃和密封条排水卡槽的线性定义为刚性体，密封条截面长度方向定义为100mm与实验室测试标准一致，以便后期数据的校对。天窗密封条的结构网格模型如图4所示

图4密封条结构网格模型

2.5材料模型

密封条材料主要由海绵橡胶和密实橡胶组成，在实验室通过对2种橡胶进行测试，得到材料的单轴拉伸、平面剪切、体积压缩等试验数据。使用非线性软件MSC.Marc中Mentat 的实验曲线拟合功能得到Ogden的模型参数。

2.6接触有限元计算分析

使用Msc.mentat软件完成前后处理，利用marc求解器进行接触有限元计算，得出天窗密封条装配后的受力分析结果。分析结果为图6、图7。

由图6得出结论，玻璃在与密封条接触的过程中，与天窗玻璃A部分的面完全贴合，符合要求；但是密封条并没有B部位的凸台接触，此设计的密封条断面不能在天窗的装配上发挥出全部的功效。

根据图7中密封条的压缩负荷值与天窗密封条的实验要求对比，100mm长度的密封条在与天窗完全装配时候压缩荷重值为21±3.5N范围以内，图7中此密封条断面的的数值为13.6N，不符合实验要求需进一步优化。

图6密封条垂直压缩结构状态图7密封条垂直压缩负荷

2.7密封条结构改进方案分析

2.7.1密封条结构改进方案

针对密封条压缩变形后与天窗玻璃B部位的凸台没有接触，以及密封条压缩载荷未满足要求，对原密封条截面设计结构做如下改进。将密封条C位置的海绵泡管向下挪动1.5mm 左右,密封条D部位密实胶向上移动4mm，并再次增加一个变形点。如图8所示。

图8密封条结构改善对比