汽车密封系统本质上是利用橡胶材料的超弹性,填补车身开口件与闭合件不可避免地存在的间隙,从而起到减振、美观、隔声、防尘、防水等作用。然而车门系统轮廓多为复杂三维空间曲面,传统密封系统采用单一截面或二截面接合设计,结构形式简单,几何变量较少。在钣金间隙差异、车门旋转压缩与安装轮廓大曲率三大因素作用下,局部受力与密封性能会出现较大波动,难以满足目标整体关门力要求。为此,本文以某车型前门密封条为例研究关门密封过程的材料非线性、几何非线性和接触非线性,面向车身复杂空间轮廓,构建轿车车门的平面及三维密封系统压缩模型,包括密封条三维装配分析来模拟密封条由于弯曲产生的预应力;流固耦合仿真模型来计算密封条内部空气阻尼力。提出轿车车门变截面密封系统优化设计,结合二维理论和三维数值模拟来满足目标关门力要求。本文工作内容体现如下:(1)本文首先针对密封条选择合适的本构模型,利用Abaqus软件建立车门旋转关闭过程中密封条的压缩工况二维平面仿真模型,包括密封条材料模型选择、仿真模型中单元类型的选择,边界条件的设置等,并通过对100mm该密封条进行压缩负荷试验,以此验证分析模型和仿真结果的准确性。(2)通过实车实验对车门/框钣金间隙值进行合理采样、定量分析,得出其分布规律图。由分布图得出Roof、B柱、门槛、铰链四处相比平直段钣金间隙虽各不相同,但是近似相等,而拐角段则是钣金间隙值变化的过渡区域,变化相对较大,再加上安装轮廓大曲率和车门旋转压缩两大因素的影响,证实了传统车门密封力基于平面应变下的二维模型的“分段-累加”法误差较大。(3)基于Abaqus建立车门关门三维仿真模型,求解不考虑密封条泡状管内空气下的密封反力;通过Mpcci联合Fluent和Abaqus的流-固耦合仿真分析求解出一段密封条的空气阻尼力占比,两者结合得出总密封反力,并通过关门力实验来验证三维仿真模型及流-固耦合模型的准确性。(4)以该车型头道密封条为例,说明变截面密封系统建模的实现方法,首先提取四段大曲率拐角段头道密封条,分别进行三维有限元分析,基于大曲率影响下的密封胶条弯曲扭转变形与装配预应力,考察关门力动态变化特性。再考虑剩余四段近似平直段头道密封,因受压方向几乎不变而依旧以传统二维有限元仿真数据为基础,多目标优化重新设计密封截面以适应整体目标关门力和密封性要求。