【正文】 衷心的感謝**********公司重汽部門，提供了研究課題，同時在公司各位領導與同事的精心指導下，才使得本論文能夠成功的完成。對于車密封性仿真的研究，我們要走的路還很遠，我們肩負的任務也很重大。所以我國密封條設計和開發(fā)技術與國際水平相比還有差距?，F對本文做以下幾點總結：（1）對密封條進行了比較詳細的介紹；（2）簡單地介紹了有限元技術；（3）介紹了橡膠的材料模型；（4）采用ABAQUS對密封條進行了非線性的有限元分析；（5）對密封條的初始設計進行了優(yōu)化，使之能更適合于工程實際。傳統(tǒng)的密封條設計已經不能滿足現代汽車工業(yè)的發(fā)展，而隨著計算機技術的發(fā)展，為密封條的設計提供了新的方法。密封條的材質、結構和制造工藝的不同直接影響了其功能性、可靠性和裝飾性，從而影響到整車的舒適性能和安全性能。同時這些對我們進行密封條的設計提供了一定的參考價值。位置為密封條變形后應變不大的區(qū)域。3～216。增加應變槽主要是為了解決某處的應變過大。對密封條的優(yōu)化方案有以下幾種：改變結構的剛度；增加應變槽。（3） 周邊密封條2：優(yōu)化前g=λ1F +λ2σ =+= 優(yōu)化后g=λ1F +λ2σ=+=得到與門洞密封條一樣的結果，所以優(yōu)化后密封條性能更好。即優(yōu)化后的密封條更好。因此，密封條的結構優(yōu)化問題轉化為對參數k、h、H 進行優(yōu)化，得出目標函數g 的最小值。對于相同材料制成的密封條，在壓縮量相同的情況下，壓縮負荷( F) 和應力(σ) 是截面形狀( k) 、壁厚( h) 、高度( H) 的函數，即 F = f 1 ( k，h，H) （58） σ = f 2 ( k，h，H) （59）利用加權和的辦法，可將此多目標問題轉化為一個單目標優(yōu)化問題，構造目標函數： g = λ1F +λ2σ （510）式中，λ1，λ2為權值。當然這些都可以用理論的計算來進行驗證。與優(yōu)化前有明顯的降低。圖514 優(yōu)化后周邊密封條2的變形云圖在加上應變槽后可以從應變云圖中看出，密封條的應力集中現象明顯下降。接觸面的正壓力明顯下降，所以根據動摩擦定理，在關門時，摩擦力明顯的下降。圖512 優(yōu)化后的周邊密封條1變形云圖同優(yōu)化前的周邊密封條1變形云圖比較，與優(yōu)化前相比有明顯下降。圖57 門洞密封條優(yōu)化后結構圖58 周邊密封條1優(yōu)化后結構圖59 周邊密封條2優(yōu)化后結構圖510 門洞密封條優(yōu)化后變形云圖上圖為門洞密封條優(yōu)化后的變形圖，對比圖51可看出下泡管的壓縮明顯變小，上泡管變形量增大，同時上泡管與密封面的接觸長度也增大。周邊密封條1采用減薄密封條泡管壁厚的方法，降低密封條的壓縮負荷，使在關門時，密封條與車門的摩擦更弱。由前面的分析結果可知道門洞密封條的下泡管的壓縮量過大，同時壓縮負荷也較大，對于這些我們可以提高下泡管的剛度，減弱上泡管的高度來優(yōu)化密封條的變形狀態(tài)，這里我采用改變密封條泡管壁厚的方法，來改進門洞密封條的密封性能。圖55 優(yōu)化前周邊密封條2的變形圖通過有限元分析我們可以得出，周邊密封條2在關門后在凹面存在嚴重的應力集中。密封主要由唇邊與鈑金的接觸負責。圖52 壓縮負荷與壓縮量關系圖53 優(yōu)化前周邊密封條1的變形圖，出現在密封條泡管與唇邊過渡的凹面處。從圖52可以看出，密封條的壓縮量與壓縮負荷存在明顯的非線性特征，在密封條壓縮量為7mm時。下面為幾根密封條的分析結果圖51 優(yōu)化前門冬密封條的壓縮變形，位于密封條泡管轉角的大變形處。接觸后的移動量為車門關閉時密封條的壓縮量。第二，對于密封條加持部分的接觸，可認為是無限粗糙的接觸，即此處可以用連接中的tie來定義。我們分別對薄鋼板、泡沫密封條、海面密封條等分別定義了接觸面，具體關系如下。mm2)αnβn1表1海綿橡膠材料常數EPDM密實橡膠不可壓縮特性通常由Mooney提出的應變能密度函數來表征：其中CC2是材料常數，密實橡膠的材料常數用非線性最小二乘法擬合單軸拉伸和平面剪切試驗數據確定。取n=3，其材料常數見表1。在密封條二維分析中，海綿橡膠采用Ogden材料模型：其中，un、αn、βn(在ABAQUS用Di表示)為材料常數。在二維仿真中常用的單元有四邊形單元和三角形單元，三角形單元對應變區(qū)域的邊界逼近較好，但是它的變形性能欠佳，所以在密封條的仿真中使用四邊形單元。同時由于在使用中密封條的骨架度壓縮變形基本無影響，可以將金屬骨架當做剛體處理。因此密封條可簡化為平面問題,此類問題為平面應變問題。該模型適用于大變形、高度非線性的彈性材料，同樣適用于高度可壓縮性材料，能夠準確反映海綿橡膠的材料特性，所以本文采用此模型來模擬密封條的壓縮變形。但是理論分析表明，在單軸拉伸的情況下，Blatzko模型只能適用于λ2的變形狀況。一個好的材料模型不僅僅是形式表達上的完美，而且最重要的是能通過簡單的試驗確定模型中所有的參數。通過選取合適的αn和un，可以由 Ogden 模型得到 MooneyRivlin 模型，即可以把 MooneyRivlin 模型看作Ogden 模型的一個特例。Ogden模型在形式上比MooneyRivlin模型更為簡潔,而且在單軸拉伸、純粹剪切和等比雙軸拉伸的試驗中得到了驗證，是目前準確性較高的不可壓縮彈性體的材料模型。但是，研究表明，MooneyRivlin模型并不是一個有效的橡膠材料模型，因為它不能在所有的變形模式下都保持準確。 （52） （53）1951年，： （54）式（51），（54）即為MooneyRivlin模型。： （51）其中C1和C2是材料常數，由試驗來確定。橡膠材料作為彈性體,在大變形的情況下,它是非線性彈性變形。本章主要介紹了有限元技術，著重說明了非線性有限元技術及其產生的原因。（8）CAD模型接口ABAQUS可以提供CATIA VCATIA VIDEAS、Parasolid、Pro/ENGEER等產品的模型接口,方便客戶將在上述產品中建立的各種CAD模型導入ABAQUS的求解器中作分析。ABAQUS For CATIA(ABAQUS/AFC)保持和沿用CATIA V5部件、虛擬部件和安裝等概念,并充分利用幾何和分析模型之間的內在聯系。（6）ABAQUS/Safe（疲勞分析）ABAQUS/Safe模塊的一系列功能可以附加在ABAQus/standard和ABAQUS/Explicit上應用,它的用途是通過疲勞分析預測部件和系統(tǒng)的壽命。（5）ABAQUS/Design（優(yōu)化敏感性分析）ABAQUS/Design模塊的一系列功能可以附加在ABAQUS/standard上應用。該模塊的用途是模擬海上結構,例如海洋石油平臺或船體。以上兩種分析模塊可無縫集成，輸入文件的格式相同,并可以互相傳遞結果數據。（3）ABAQUS/Explicit（顯式分析求解器）ABAQUS/Explicit利用對時間變化的顯式積分求解動力學方程。對于同時發(fā)生作用的幾何、材料和接觸非線性采用自動增量控制技術處理。該模塊的許多獨特功能與特點,例如CAE建模方式、參數化建模、數據管理系統(tǒng)等都極大地方便了用戶。該模塊還可以進一步將生成的模型投入到后臺的分析模塊運行,對運行情況進行監(jiān)測,并對計算結果進行后處理。（1）ABAQUS/CAE（前后處理器）ABAQUS/CAE是ABAQUS有限元分析的前后處理模塊,也是建模、分析和仿真的人機交互平臺。ABAQUS包括一個豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫,并擁有各種類型的材料模型庫,可以模擬典型工程材料的性能,其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質材料。ABAQUS在不斷豐富其有限元分析的前后處理模塊,也是建模、分析和仿真的人機交互平臺一ABAQUS/CAE的功能的同時,還與其他的CAD、CAE軟件廠商直接合作,開發(fā)嵌入式第三方求解器,如CATIA V5和AVL Excite。ABAQUS不但可以做單一零件的力學和多物理場的分析,同時還可以做系統(tǒng)級的分析和研究。所以在橡膠的有限元分析中包含了材料的非線性、邊界的非線性和幾何的非線性，是高度的非線性問題。從曲線的趨勢中可以看出其斜率變化巨大，像這種材料行為稱為超彈性（hyperelasticity）。同時在有限元分析中通常都會有接觸、摩擦等邊界條件。橡膠材料本身又是非線性材料，本構關系復雜，無法像一般金屬材料那樣僅需幾個系數便可以描述材料特性。與普通的金屬材料不同，橡膠材料受力以后，其變形是一個非常復雜的過程。當懸臂梁撓曲時載荷可以分解為一個垂直于梁的分量和一個眼梁長度方向的分量。然而，如果端部的撓度較大，結構的形狀乃至其剛度都會發(fā)生改變。例如，考慮在端部豎向加載的懸臂梁。幾何的非線性：幾何的非線性發(fā)生在位移的大小影響到構件的響應的情況。邊界的非線性：如果邊界在分析過程中發(fā)生變化，就會產生邊界的非線性問題。在結構力學模型中非線性的來源有三種：材料的非線性、邊界的非線性、幾何的非線性。線性分析只是一種方便的近似，它對于設計來說通常是足夠的。非線性分析：結構的剛度隨其變形而改變的問題。線性分析：在外加載荷與系統(tǒng)的響應之間為線性關系。由于其所涉及問題和算法基本上是來源于工程實際，應用于工程中，其解決工程實際問題的能力愈來愈強。通過不斷修改圖形和反復計算，能夠使設計質量大幅度提高。目前，優(yōu)秀的繪圖系統(tǒng)軟件都配有有限元分析程序窗口。由于計算機的求解方程組的能力非常強大，構造模型又非常準確，因而有限元法在計算機上使用極為普遍。有限元法與傳統(tǒng)的力學方法有很大差別，正是這種差別，使得它能夠把許多難以求解的問題變的容易處理：（1）由于可任選單元體的形狀和尺寸，故可以“組拼”出形狀復雜的機械零件。通過求解該剛度方程可以得出各個單元的位移，再利用單元分析得到的關系可以求出單元應力及其應變。分析過程中首先從單元分析入手，確定單元內的位移、應變、應力模式，并確定單元節(jié)點力與單元節(jié)點位移的關系，建立單元剛度矩陣。這樣做的結果造成用有限元分析計算所獲得的結果只能是近似的。離散后單元節(jié)點的設置、性質和數目應根據問題的性質、描述變形形態(tài)的需要和計算精度而定（一般情況下，單元劃分越細則描述變形情況越精確，即越接近實際變形，但計算量也越大）。這個把連續(xù)體劃分為離散結構的過程稱為有限元的離散化，也叫單元劃分。有限元法的基本思想是將一個實際的結構(彈性連續(xù)體)劃分為有限大小的，有限個數的單元組合體進行研究。由于有限元法在解決工程技術問題時的靈活、快速及有效性,再加上它有成熟的大型軟件系統(tǒng)支持，所以發(fā)展非常迅速。有限元法把求解區(qū)域看作由許多小的在節(jié)點處相互連接的子域(單元)構成，其模型給出基本方程的分片（子域）近似解。作為利用計算機進行數值模擬分析的方法，有限元法自上世紀50年代出現，經過20多年的發(fā)展，到70、80年代在理論上已比較成熟，作為工程結構靜動力強度析的有效工具，有限元法在工程技術領域中的應用越來越廣泛，有限元的計算結果己成為各類工業(yè)產品設計和性能分析的可靠依據，成為最強有力的數值分析方法之一。有限元法從出現到發(fā)展，經歷了從線彈性到彈塑性到彈粘塑性，從解決小變形問題到大變形問題，從靜力問題到復雜的動力接觸問題直至瞬態(tài)的碰撞響應問題的歷程,應用范圍也不斷拓展，不斷地走向更為成熟的新階段。60年代中、后期，國外的數學家開始介入對有限元法的研究，促使有限元法有了堅實的數學基礎，他們對有限元法的發(fā)展做出了重要貢獻。他們的研究工作從復雜結構的分析中發(fā)展出了有限元的雛形。后來，許多數學家、物理學家由于各種原因都涉及過有限元的概念。他們的研究工作探討了早期有限元法的理論，促成了有限元法的誕生，隨當時出現的數字計算機一起打開了求解復雜平面彈性問題的新局面。然而,此方法發(fā)展很慢，直到1956年Tumer，Clough，Martin和Topp等人在他們的經典論文中第一次給出了用三角形單元求得的平面應力問題的真正解答。有限元法起源于上世