基于有限元模拟的防毒面具主通话器卡箍受力分析

王玉敏，韩明红*，王 钢，齐嘉豪，潘高阳

（1.北京航空航天大学 可靠性与系统工程学院，北京 100191；2.山西新华化工有限责任公司，山西 太原 030008）

防毒面具是通过面罩将佩戴人员面部器官和皮肤以及呼吸道与外界隔离，通过滤毒罐中吸附剂和过滤层的吸附、吸收、催化和过滤作用将外界的有毒空气进行净化，为佩戴人员提供可安全呼吸的呼吸道防护装备[1-2]。有限元分析（FEA）可以通过模拟对产品结构进行力学分析，以获得尽可能真实的结构受力信息，为产品结构设计提供参考依据。

FEA是通过过程参数选择而确定最佳解决方案的[3-5]，几乎可以求解所有复杂工程问题[6]。例如，通过FEA确立橡胶断裂时的最大主应力[7]、建立煤层气钻车井架的模型并确定其最大应力和最薄弱部位[8]、分析齿轮的应力分布并评估其强度[9]、研究钢筋混凝土中深梁的抗弯性能[10]等。

将FEA运用到防毒面具的研究中可有效缩短研制周期和降低成本，并能够及时发现过程问题而有针对性地提出解决方案。我国使用FEA进行防毒面具的研究相对较少。本研究将FEA运用到防毒面具主通话器卡箍受力分析中，模拟防毒面具主通话器卡箍在不同温度和受力情况下的应力状态，确定防毒面具主通话器卡箍在不同温度和不同位置的最大许用力和最大使用力。

1 防毒面具结构和性能指标

1.1 防毒面具结构

防毒面具主要由罩体、阻水罩、主通话器、副通话器、罐接头座和镜片等零部件组成[11]。主通话器主要由主通话器主体、卡箍和面罩3部分组成，其装配结构如图1所示。……