CN107766672A - 防毒面具零部件装配过程分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种防毒面具零部件装配过程的分析方法，本发明是有限元方法对防毒面具面罩零部件装配过程进行仿真分析，仿真的过程包括前处理、求解及后处理三个部分。前处理，主要包括防毒面具零部件三维模型的导入、橡胶罩体材料模型的建立、计算网格的划分、接触条件的设置；在求解时，首先对模型进行边界条件与载荷的设置，再利用计算机的并行运算模块对模型进行求解；后处理，提取仿真结果的特征，绘制图表并进行分析。通过本发明可以得到防毒面具超弹性材料在装配过程的形变和应力，对防毒面具装配的可靠性进行评价。

Description

防毒面具零部件装配过程分析方法

技术领域

本发明属于防毒面具模拟仿真领域，具体为一种防毒面具零部件装配过程分析方法。

背景技术

防毒面具是一种在满足面具各接口处装配气密性与牢固度的前提下，通过面罩将人员头面部器官与外界隔离，再利用滤毒罐中吸附剂和过滤层的吸附、吸收、催化及过滤作用，将外界有毒空气进行净化处理，为使用人员提供安全干净呼吸气源的过滤式呼吸防护装备。

罩体结构是防毒面具中将防毒面具中的各个配件如滤毒罐、眼窗结构、呼气活门、吸气活门、主副通话器和阻水罩等通过一定的装配程序装配到橡胶罩体结构上。由于防毒面具罩体的材料是橡胶，这就使得罩体结构柔软易变形，在装配过程中很难实现自动化生产，大多由工人手工进行装配，因为工人之间的操作差异性，工人自己的稳定性又随时间有所变动，便使得装配时零件的质量一致性很难实现高精度要求。故在装配的过程中，通过模拟仿真对其各个零部件装配的气密性和牢固度进行分析，分析其各个零部件在装配完成之后，橡胶罩体的压力大小及分布状况及卡扣的应力应变大小，确定其装配的密封性与牢固度是否合理。

发明内容

本发明目的是设计一种防毒面具零部件仿真方法，通过模拟仿真对其各个零部件装配的气密性和牢固度进行分析，利用先进的计算机模拟仿真技术，对防毒面具的装配可靠性进行评价，解决防毒面具设计手段落后的问题。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种防毒面具零部件装配过程分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）、建立防毒面具仿真模型

为了准确地分析防毒面具主通话器装配气密性的合理性，需分别建立防毒面具各零部件的三维模型；在仿真分析之前，需要对防毒面具的三维数字模型进行合理的简化，对防毒面具进行裁剪，留下各个部件的接口装配模型，并删除对分析结果影响较小的细节特征，包括倒角、倒圆及孔；又由于罐接头是回转体、主通话器为轴对称结构，将罐接头进一步简化为1/4结构，主通话器简化为1/2结构；

（2）、建立防毒面具专用材料库

防毒面具的副通话器、罐接头的材料为聚甲醛，眼窗卡箍、主通话器体、主通话器卡箍的材料为尼龙1010，镜片的材料为聚碳酸酯，橡胶罩体的本构模型采用Mooney-Rivlin 2参数不可压缩橡胶模型，镜片近似为刚性体，故需建立尼龙1010、聚甲醛和罩体橡胶三种材料模型；

（3）、防毒面具装配接触条件的确定

由于橡胶材料的力学性质与塑料力学性质相差很大，在装配分析过程中，将橡胶与塑料的接触定义为有摩擦接触，设置摩擦因数为0.38，并保证接触目标面与接触面不相互渗透；

（4）、利用分结构网格划分方法对仿真模型进行网格划分；

（5）、防毒面具装配约束和载荷的选择

防毒面具各零部件的装配是通过凹凸筋结构实现，在实际装配过程中，需要先固定其中零件主体结构件，再将橡胶罩体装在其凹槽内，将卡环置于其上，最后通过垂直于装配面的力将凹凸筋结构装配到位，即完成零部件的装配；在零部件装配的仿真分析设置中，约束与载荷的添加必须按照此装配过程进行设置，达到与实际的装配过程一致；

（6）、设置求解控制参数

设置参数：差分格式、收敛控制、迭代步数、残差目标，设置好参数后，利用Navier-Stokes方程对模型进行求解计算，并利用结果数据绘制橡胶罩体应力、应变和位移分析结果云图，通过对应力、应变的均匀性分析对装配可靠性进行评价。

本发明提出的防毒面具零部件装配过程的分析方法，是有限元方法对防毒面具面罩零部件装配过程进行仿真分析，仿真的过程包括前处理、求解及后处理三个部分。前处理，主要包括防毒面具零部件三维模型的导入、橡胶罩体材料模型的建立、计算网格的划分、接触条件的设置；在求解时，首先对模型进行边界条件与载荷的设置，再利用计算机的并行运算模块对模型进行求解；后处理，提取仿真结果的特征，绘制图表并进行分析。通过本发明可以得到防毒面具超弹性材料在装配过程的形变和应力，对防毒面具装配的可靠性进行评价。

本发明利用有限元方法对防毒面具的装配过程进行模拟仿真，在防毒面具结构的设计初期，利用该防毒面具装配过程仿真方法找到面具装配结构的薄弱点，降低产品的设计风险。通过本发明中提出的仿真方法，可以建立防毒面具装配关系的专用仿真分析库，可对各种不同的装配密封结构进行对比分析，提高超弹性材料的装配性能，对防毒面具零部件的结构设计具有重要指导意义。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施例进行详细说明。

一种防毒面具零部件装配过程分析方法，包括如下步骤：

（1）、建立防毒面具仿真模型

为了准确地分析防毒面具主通话器装配气密性的合理性，需分别建立防毒面具各零部件的三维模型，如罩体、滤毒罐、眼窗结构、呼气活门、吸气活门、主副通话器和阻水罩等；在仿真分析之前，需要对防毒面具的三维数字模型进行合理的简化，对防毒面具进行裁剪，留下各个部件的接口装配模型，并删除对分析结果影响较小的细节特征，包括倒角、倒圆及孔；又由于罐接头是回转体、主通话器为轴对称结构，将罐接头进一步简化为1/4结构，主通话器简化为1/2结构。

（2）、建立防毒面具专用材料库

防毒面具的副通话器、罐接头的材料为聚甲醛（POM），眼窗卡箍、主通话器体、主通话器卡箍的材料为尼龙1010（PA1010），镜片的材料为聚碳酸酯，橡胶罩体的本构模型采用Mooney-Rivlin 2参数不可压缩橡胶模型，镜片近似为刚性体，故需建立尼龙1010（PA1010）、聚甲醛和罩体橡胶三种材料模型。

（3）、防毒面具装配接触条件的确定

由于橡胶材料的力学性质与塑料力学性质相差很大，所以在装配分析过程中，装配体之间的接触设置就显得很重要，如果设置不合理，模型的求解就会失败。本发明在装配分析过程中，将橡胶与塑料的接触定义为有摩擦接触，设置摩擦因数为0.38，并保证接触目标面与接触面不相互渗透。

（4）、利用分结构网格划分方法对仿真模型进行网格划分。

（5）、防毒面具装配约束和载荷的选择

防毒面具各零部件的装配是通过凹凸筋结构（卡环和零件主体结构件）实现，在实际装配过程中，需要先固定其中零件主体结构件，如罐接头座、主通话器体和镜片，再将橡胶罩体装在其凹槽内，将卡环置于其上，最后通过一定大小的垂直于装配面的力将凹凸筋结构装配到位，即完成零部件的装配；在零部件装配的仿真分析设置中，约束与载荷的添加必须按照此装配过程进行设置，达到与实际的装配过程一致。

（6）、设置求解控制参数

设置参数：差分格式、收敛控制、迭代步数、残差目标，设置好参数后，利用Navier-Stokes方程对模型进行求解计算，并利用结果数据绘制橡胶罩体应力、应变和位移分析结果云图，通过对应力、应变的均匀性分析对装配可靠性进行评价。

应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和应用，这些改进和应用也视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种防毒面具零部件装配过程分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）、建立防毒面具仿真模型

为了准确地分析防毒面具主通话器装配气密性的合理性，需分别建立防毒面具各零部件的三维模型；在仿真分析之前，需要对防毒面具的三维数字模型进行合理的简化，对防毒面具进行裁剪，留下各个部件的接口装配模型，并删除对分析结果影响较小的细节特征，包括倒角、倒圆及孔；又由于罐接头是回转体、主通话器为轴对称结构，将罐接头进一步简化为1/4结构，主通话器简化为1/2结构；

（2）、建立防毒面具专用材料库

防毒面具的副通话器、罐接头的材料为聚甲醛，眼窗卡箍、主通话器体、主通话器卡箍的材料为尼龙1010，镜片的材料为聚碳酸酯，橡胶罩体的本构模型采用Mooney-Rivlin 2参数不可压缩橡胶模型，故需建立尼龙1010、聚甲醛和罩体橡胶三种材料模型；

（3）、防毒面具装配接触条件的确定

由于橡胶材料的力学性质与塑料力学性质相差很大，在装配分析过程中，将橡胶与塑料的接触定义为有摩擦接触，设置摩擦因数为0.38，并保证接触目标面与接触面不相互渗透；

（4）、利用分结构网格划分方法对仿真模型进行网格划分；

（5）、防毒面具装配约束和载荷的选择

防毒面具各零部件的装配是通过凹凸筋结构实现，在实际装配过程中，需要先固定其中零件主体结构件，再将橡胶罩体装在其凹槽内，将卡环置于其上，最后通过垂直于装配面的力将凹凸筋结构装配到位，即完成零部件的装配；在零部件装配的仿真分析设置中，约束与载荷的添加必须按照此装配过程进行设置，达到与实际的装配过程一致；

（6）、设置求解控制参数

设置参数：差分格式、收敛控制、迭代步数、残差目标，设置好参数后，利用Navier-Stokes方程对模型进行求解计算，并利用结果数据绘制橡胶罩体应力、应变和位移分析结果云图，通过对应力、应变的均匀性分析对装配可靠性进行评价。