在最新开发的新车型中，各主机厂大量使用无框车门，尤其在电动汽车中更为普遍，由于无框车门上面没有限制车窗玻璃运动的导槽，因此，车门玻璃在开、关过程中，在受到密封胶条的阻力的情况下，车窗玻璃会发生一定的偏转，这就使得关门时，车窗玻璃无法顺利进入车体上限制玻璃的导槽中—即玻璃无法入槽，车窗玻璃无法完全关闭，使得整个车内噪大、密封效果差等不良后果，如图1所示，当玻璃运行到最顶端时，玻璃与车框发生干涉，即玻璃无法入框。
为了保证车窗玻璃能够顺利的运行，即车窗玻璃能顺利入槽，必须保证在车窗玻璃到达顶端时，车窗玻璃面必须与CAS面（玻璃理论正确面）基本重合，否则车窗玻璃将不能顺利入槽，为了克服密封胶条的压力，在设计时，需要给车窗玻璃提供一定的预压量，在当车窗玻璃到底顶部时，虽然密封胶条对玻璃有作用力，但是，在玻璃升降器的影响下，车门玻璃就会回到CAS面上，这样就能够保证车窗玻璃顺利入槽，入图2所示，玻璃到达顶部时，玻璃与CAS面完成重合，玻璃能够顺利入框。
图1 玻璃与车框干涉
图2 玻璃与CAS完全重合
有限元建模
受力分析
车窗玻璃在升降过程中主要受到：车门顶框密封胶条的作用力，A 柱、B 柱、C 柱密封胶条作用力，内外水切的作用力以及玻璃升降器的约束力，如下图 3 所示
图 3 玻璃受力分析
进一步分析可知：
a) 密封胶条的反作用力是导致车窗玻璃偏移的主要原因。
b) 密封胶条的反作用力 F 随着位移的变化而变化，即密封胶条呈现非线性变化。
c) CAE 分析需要解决的问题是：在密封条的反弹力和玻璃升降器约束力下玻璃偏移的问题。
建模中的难点问题
在建模中，由于胶条的形状尺寸差异太大，长宽比大于 979，胶条的最小尺寸为0.26mm，且不可忽略；在工程中，密封胶条的材料特性曲线也无法准确获得；且在 3D 建模时，胶条与胶条之间，胶条与玻璃之间存在大量的干涉，如图 4 所示，因此采用实体建模来分析玻璃预压量的问题非常困难。
图 4 建模中的难点问题
为了解决上述 3 个难点问题，我们提出如下三种假设：
a）假定玻璃仅受密封胶条的正压力和玻璃升降器的约束力，其它外力不予考虑。
b）忽略胶条切应力对密封胶条正应力的影响。
c）已知密封胶条单位长度的压力曲线，即 CLD 曲线。
在满足上述三个假设的前提下，可以将密封胶条进行简化，即将密封胶条离散为多个简单的非线性弹性单元，采用这些弹性单元就可以很好的解决建模中的难点问题。在 ABAQUS 中选用 AXIAL 进行模拟，如下图 5 所示。
图 5 ABAQUS 模拟密封胶条
具体的处理方法：
a）将密封胶条分成 n 等分，如下图 6 所示。
图 6 密封胶条分为 n 个相等的单元
b）每个单元均采用非线性弹簧进行模拟，如图 7 所示。
图 7 弹性单元代替密封胶条
c）数据转换
一般主机厂仅能提供密封胶条的反力系数，即 CLD 曲线，如图 8 所示，而 ABAQUS软件中需要的是单个弹性单元的力-位移的曲线，因此，需要对主机厂提供的 CLD 值进行转换，其转换公式为：
其中，x1为 ABAQUS 中需要输入位移，单位（mm）；x0为设定的弹性单元的初始长度；XCAS为车窗玻璃偏离 CAS 面的距离；Y1为 ABAQUS 中需要输入的弹力，单位（N）；Y0为 CLD 值；L 为密封胶条与车窗玻璃接触段的长度；n 为离散个数。图 8 为某车门密封胶条处理后的数据
图 8 某车型后面顶框密封胶条处理数据
d）数据对标
离散后的模型在 ABAQUS 中进行对标，通过对标分析可知，初始测试曲线与计算曲线完全吻合，即分析有效，如图 9 所示
图 9 数据对标（蓝色为输入曲线（N/100）；红色为计算曲线 ）
网格划分
本文中的车窗玻璃偏预压量分析模型中包含：玻璃、玻璃托架、玻璃导轨和密封胶条，在保证计算精度的前提下，对玻璃、导轨、密封条胶条进行了简化处理，即，玻璃采用 shell 单元，尺寸为 4mm，玻璃导轨采用 shell 单元，尺寸为 1mm，密封胶条离散为非线性弹簧单元，玻璃与玻璃托架、玻璃托架与导轨支架采用 tie 连接，完成后的模型如图10 所示。
图 10 车窗玻璃偏转分析模型
边界条件与加载
约束玻璃导轨上四个安装孔的 6 个自由度，约束密封胶条的外边缘即非线性弹簧边界点的 6 个自由度，如图 11 所示。
图 11 边界条件说明
分析结果
图 12 分析结果
由图 12 可看出，某车门前门玻璃预压量应设计为 7.104mm，此时经过密封胶条的反向压力和玻璃升降器的约束后，车窗玻璃在入槽前与 CAS 基本重合，玻璃能够顺利入槽，因此设计时，应将玻璃的预压面设置为偏离 CAS 面 7.0 ±2mm。
实测对标
如图 13 所示，通过实测可知，该设计值完全满足设计要求，并通过实测值与分析值对比，其结果基本吻合，即设计满足要求。
图 13 实测与分析对标
结论
本文利用 ABAQUS 软件对某无框玻璃升降器预压量进行分析，并结合了试验数据和仿真结果，对偏移量的设置提出了建议措施，最终实测得出：设计值、分析值与实测值基本吻
合，完全满足设计要求。
通过此次分析，不但验证了仿真分析结果和分析方法的正确性，同时也为后续分析此类问题提供了经验参考，对指导后续无框玻璃升降器玻璃预压量的设计具有很重要的意义。
资料来源：达索官方
