防毒面具佩戴气密性仿真

摘要

防毒面具的佩戴气密性直接关系到工作人员在佩戴防毒面具作业时的人身安全。随着人们生活水平的不断提高，对自身生命安全越来越重视，对防毒面具的要求也就越来越高。但是作为防毒面具研制工作的重要组成部分，目前对防毒面具气密性的研究工作方法仍然较国外落后，研究成本较高。随着科学技术和有限元法的快速发展，本文结合前人在防毒面具研究工作中的经验和不足的基础上，结合其他行业运用有限元法对产品性能预测的经验，提出一种针对防毒面具佩戴气密性研究的新方法，即运用有限元模拟技术对防毒面具的佩戴气密性进行仿真研究。
　　本研究主要内容包括：⑴对防毒面具罩体材料和人体头部标准模型的橡胶试样进行了单轴拉伸实验，根据实验数据在ANSYS workbench中拟合得到了不同本构模型下的应力应变曲线，结合不同本构模型和实验条件下测得的应力应变曲线得到宁最适合本文研究对象的本构模型及确定了本构模型的材料常数。⑵介绍了人体头面部尺寸的数据来源，并根据数据通过UG曲面造型和曲面处理的方法建立了本文研究对象的三维几何模型，并根据本文研究目的对防毒面具罩体结构进行了有依据的简化。⑶通过ANSYS workbench对装配体的有限元模型进行非线性静力学分析,得到了防毒面具罩体结构在装配过程中不同载荷步情况下的应力应变情况;得到了佩戴完成之后的人体标准模型面部的应力分布状况;根据人体实际佩戴防毒面具的情况进行了防毒面具佩戴气密性的实验测试，根据实验数据得到了在实验条件下人体面部所受应力的分布情况。⑷通过对防毒面具佩戴气密性研究的仿真数据和实验测得的数据进行对比分析，并对仿真过程和实验过程中的误差进行数据处理,对比结果验证了用有限元模拟的方法对防毒面具佩戴气密性研究方法的可行性。⑸结合仿真结果和实验结果，对防毒面具罩体结构上密合框上的应力分布较低的结构进行了优化，得出了优化之后人体面部受力部位的应力分布，通过与优化之前的数据进行对比分析，验证了优化成果的合理性。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2本课题的研究内容、目的和章节安排

2 防毒面具罩体和人体头部标准模型的材料模型的建立

2.1橡胶材料本构模型

2.2本构模型的选择

2.3本章小结

3 罩体和人体头部几何模型的建立

3.1 UG曲面设计简介

3.2人体头部标准模型的建立

3.3罩体模型的建立及简化

3.4本章小结

4 防毒面具有限元模型的建立

4.1 有限单元法及ANSYS workbench简介

4.2有限元分析模型的建立

4.3本章小结

5 佩戴气密性仿真分析与实验验证

5.1结果分析

5.2仿真计算结果评估

5.3物理实验

5.4本章小结

6 罩体结构的优化

6.1 防毒面具罩体结构几何模型的改进

6.2优化之后的仿真及对比分析

6.3本章小结

7 结 论

7.1结论

7.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢