基于SolidWorks Simulation冲击仿真的产品设计

    消防员的工作环境错综复杂，条件十分恶劣。消防员在工作时需要佩戴安全头盔和消防面罩，以防止工作场所中的有毒有害物质及高空坠落物体对消防员的伤害。但其中存在一个核心问题是消防面罩的密封性能非常好，使得隔音效果很好，消防员即使通过对讲机也难以与其他队员保持良好的通信，给救援工作带来不便，图1为消防面罩外形图。为了方便消防员能随时进行通话，研发人员设计出了一套新的安防产品，新产品在原有的消防面罩两侧配有扩音模块和通信模块，用建立新产品的三维模型，如图2所示。消防员可以利用扩音模块将自己的声音放大到面罩外，从而可以和现场其他人员交流，而通信模块则起到随时保持消防员之间通信的作用。安防产品的外壳需要满足阻燃、耐热、抗跌落、抗冲击等性能。本文主要介绍了安防产品材料选择的过程，利用有限元软件仿真分析了某种材料新产品的抗冲击能力，从而为新产品材料的最终确定提供有力的依据和指导作用。

图1 消防面罩

图2 安防新产品

1 安防产品有限元仿真的必要性

    在新产品的开发中，研发人员往往耗费大量时间与资金针对产品的抗冲击性能进行相关的冲击试验。这类冲击试验只有在产品制造实现之后才能进行，一旦发现产品缺陷而对设计进行修改，就意味着原样品的报废与新样品的再制，如此循环直到满足要求为止，既耗费时间又增加成本。安防产品在携带及使用中，经常会出现设备跌落，造成对产品的冲击，与其它产品设计相比，安防产品需要满足更高的冲击性能。安防产品材料的选择至关重要，产品外壳需要在恶劣的环境下能保护内部组件正常工作，因此安防产品的外壳必须阻燃、耐热性好，而且要满足在温度变化范围大的情况下保持优越的机械性能。仿真技术作为一种新型快速的研究方法得到了广泛的使用，越来越多的研发单位倾向于运用CAE分析来改进产品的设计。利用有限元软件对安防产品进行冲击分析，可以帮助研发人员在产品尚未批量生产之前找到产品的易损部件，在产品设计初期找出问题发生的起点，从而改进产品的设计，起到省时、省钱和提高设计质量的作用，进而最终降低产品的研发成本，加快产品的上市速度。

2 产品外壳薄弱部位的冲击分析

    2.1 产品材料

    PPA（聚对苯二酰对苯二胺）材料是一系列半结晶性工程聚合物，具有优越的阻燃性能和机械性能，它介于传统的热可塑性工程材料和高成本的特种聚合物之间，兼具成本低与性能佳的优点。在结构性的应用方面，玻璃纤维增强型材料在高温下具有更高的刚度、强度和抗冲击性。经过分析，选择16%的玻璃纤维增强型为新产品外壳的材料。该材料的阻燃性好，耐高温，防火等级可达到V-O级，热变形温度高达300℃以上，连续使用温度可达170℃，能满足短期和长期的热性能，可在一定的温度范围内和高湿度环境中保持其优越的机械性特性及抗冲击性。