在最新開發(fā)的新車型中，各主機廠大量使用無框車門，尤其在電動汽車中更為普遍，由于無框車門上面沒有限制車窗玻璃運動的導(dǎo)槽，因此，車門玻璃在開、關(guān)過程中，在受到密封膠條的阻力的情況下，車窗玻璃會發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)，這就使得關(guān)門時，車窗玻璃無法順利進入車體上限制玻璃的導(dǎo)槽中—即玻璃無法入槽，車窗玻璃無法完全關(guān)閉，使得整個車內(nèi)噪大、密封效果差等不良后果，如圖1所示，當玻璃運行到最頂端時，玻璃與車框發(fā)生干涉，即玻璃無法入框。

 

為了保證車窗玻璃能夠順利的運行，即車窗玻璃能順利入槽，必須保證在車窗玻璃到達頂端時，車窗玻璃面必須與CAS面（玻璃理論正確面）基本重合，否則車窗玻璃將不能順利入槽，為了克服密封膠條的壓力，在設(shè)計時，需要給車窗玻璃提供一定的預(yù)壓量，在當車窗玻璃到底頂部時，雖然密封膠條對玻璃有作用力，但是，在玻璃升降器的影響下，車門玻璃就會回到CAS面上，這樣就能夠保證車窗玻璃順利入槽，入圖2所示，玻璃到達頂部時，玻璃與CAS面完成重合，玻璃能夠順利入框。

 

 

圖1 玻璃與車框干涉

 

 

圖2 玻璃與CAS完全重合

 

有限元建模

受力分析

車窗玻璃在升降過程中主要受到：車門頂框密封膠條的作用力，A 柱、B 柱、C 柱密封膠條作用力，內(nèi)外水切的作用力以及玻璃升降器的約束力，如下圖 3 所示

 

 

圖 3 玻璃受力分析

 

進一步分析可知：

a) 密封膠條的反作用力是導(dǎo)致車窗玻璃偏移的主要原因。

b) 密封膠條的反作用力 F 隨著位移的變化而變化，即密封膠條呈現(xiàn)非線性變化。

c) CAE 分析需要解決的問題是：在密封條的反彈力和玻璃升降器約束力下玻璃偏移的問題。

 

建模中的難點問題

在建模中，由于膠條的形狀尺寸差異太大，長寬比大于 979，膠條的最小尺寸為0.26mm，且不可忽略；在工程中，密封膠條的材料特性曲線也無法準確獲得；且在 3D 建模時，膠條與膠條之間，膠條與玻璃之間存在大量的干涉，如圖 4 所示，因此采用實體建模來分析玻璃預(yù)壓量的問題非常困難。

 

 

圖 4 建模中的難點問題

 

為了解決上述 3 個難點問題，我們提出如下三種假設(shè)：

a）假定玻璃僅受密封膠條的正壓力和玻璃升降器的約束力，其它外力不予考慮。

b）忽略膠條切應(yīng)力對密封膠條正應(yīng)力的影響。

c）已知密封膠條單位長度的壓力曲線，即 CLD 曲線。

 

在滿足上述三個假設(shè)的前提下，可以將密封膠條進行簡化，即將密封膠條離散為多個簡單的非線性彈性單元，采用這些彈性單元就可以很好的解決建模中的難點問題。在 ABAQUS 中選用 AXIAL 進行模擬，如下圖 5 所示。

 

 

圖 5 ABAQUS 模擬密封膠條

 

具體的處理方法：

a）將密封膠條分成 n 等分，如下圖 6 所示。

 

 

圖 6 密封膠條分為 n 個相等的單元

 

b）每個單元均采用非線性彈簧進行模擬，如圖 7 所示。

 

 

圖 7 彈性單元代替密封膠條

 

c）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

一般主機廠僅能提供密封膠條的反力系數(shù)，即 CLD 曲線，如圖 8 所示，而 ABAQUS軟件中需要的是單個彈性單元的力-位移的曲線，因此，需要對主機廠提供的 CLD 值進行轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換公式為：

 

 

 

其中，x1為 ABAQUS 中需要輸入位移，單位（mm）；x0為設(shè)定的彈性單元的初始長度；XCAS為車窗玻璃偏離 CAS 面的距離；Y1為 ABAQUS 中需要輸入的彈力，單位（N）；Y0為 CLD 值；L 為密封膠條與車窗玻璃接觸段的長度；n 為離散個數(shù)。圖 8 為某車門密封膠條處理后的數(shù)據(jù)

 

 

圖 8 某車型后面頂框密封膠條處理數(shù)據(jù)

 

d）數(shù)據(jù)對標

離散后的模型在 ABAQUS 中進行對標，通過對標分析可知，初始測試曲線與計算曲線完全吻合，即分析有效，如圖 9 所示

 

 

圖 9 數(shù)據(jù)對標（藍色為輸入曲線（N/100）；紅色為計算曲線 ）

 

網(wǎng)格劃分

本文中的車窗玻璃偏預(yù)壓量分析模型中包含：玻璃、玻璃托架、玻璃導(dǎo)軌和密封膠條，在保證計算精度的前提下，對玻璃、導(dǎo)軌、密封條膠條進行了簡化處理，即，玻璃采用 shell 單元，尺寸為 4mm，玻璃導(dǎo)軌采用 shell 單元，尺寸為 1mm，密封膠條離散為非線性彈簧單元，玻璃與玻璃托架、玻璃托架與導(dǎo)軌支架采用 tie 連接，完成后的模型如圖10 所示。

 

 

圖 10 車窗玻璃偏轉(zhuǎn)分析模型

 

 

 

邊界條件與加載

約束玻璃導(dǎo)軌上四個安裝孔的 6 個自由度，約束密封膠條的外邊緣即非線性彈簧邊界點的 6 個自由度，如圖 11 所示。

 

 

圖 11 邊界條件說明

 

分析結(jié)果

 

圖 12 分析結(jié)果

 

由圖 12 可看出，某車門前門玻璃預(yù)壓量應(yīng)設(shè)計為 7.104mm，此時經(jīng)過密封膠條的反向壓力和玻璃升降器的約束后，車窗玻璃在入槽前與 CAS 基本重合，玻璃能夠順利入槽，因此設(shè)計時，應(yīng)將玻璃的預(yù)壓面設(shè)置為偏離 CAS 面 7.0 ±2mm。

 

實測對標

如圖 13 所示，通過實測可知，該設(shè)計值完全滿足設(shè)計要求，并通過實測值與分析值對比，其結(jié)果基本吻合，即設(shè)計滿足要求。

 

 

圖 13 實測與分析對標

 

結(jié)論

本文利用 ABAQUS 軟件對某無框玻璃升降器預(yù)壓量進行分析，并結(jié)合了試驗數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果，對偏移量的設(shè)置提出了建議措施，最終實測得出：設(shè)計值、分析值與實測值基本吻

合，完全滿足設(shè)計要求。

 

通過此次分析，不但驗證了仿真分析結(jié)果和分析方法的正確性，同時也為后續(xù)分析此類問題提供了經(jīng)驗參考，對指導(dǎo)后續(xù)無框玻璃升降器玻璃預(yù)壓量的設(shè)計具有很重要的意義。

資料來源：達索官方