防毒面具零部件装配过程分析方法技术

本发明专利技术提出一种防毒面具零部件装配过程的分析方法，本发明专利技术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。通过本发明专利技术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。

Analysis method for assembly process of gas mask parts

The invention puts forward a method for analyzing the assembling process of the components of the respirator. The present invention is a finite element method for the simulation analysis of the mask assembly process of the respirator, and the simulation process includes three parts: pre-processing, solving and post-processing. Before the treatment, including gas mask three-dimensional parts import, rubber cover material model, calculation of meshing and contact conditions set; when solving the boundary conditions and loads, the first set of models, using parallel computing module to solve the model of computer simulation; postprocessing, feature extraction the results of chart and analysis. The deformation and stress of the hyperelastic material in the assembly process can be obtained through the invention, and the reliability of the assembly of the gas mask can be evaluated.

【技术实现步骤摘要】
防毒面具零部件装配过程分析方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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-Rivlin2参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。本专利技术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。通过本专利技术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。本专利技术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。通过本专利技术中提出的仿真方法，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专利技术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-Rivlin2参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。本专利技术在装配分析过程中，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
的一般技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和应用，这些改进和应用也视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
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-Rivlin2参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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王京，潘高阳，朱海龙，董超，戎德功，王钢，姚荷，王胜，石康，赵立新，孟凡海，成立梅，唐鹤，刘玉萍，李阳，魏鑫，张建斌，
申请(专利权)人：山西新华化工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山西,14