MEMS安全系统基本问题研究

论文摘要

MEMS微型化、大批量、微电子和微机械结合的特点能够大幅度提高引信的性能,但是要真正在引信中应用面临许多问题,论文根据引信安全性设计准则,针对引信使用条件和性能要求的特殊性,综合运用微材料学、微固体力学、微流体力学、微机械动力学等细微尺度科学原理发展成果,对MEMS技术在引信安全装置中的应用的基本问题进行探讨和研究,对微机电技术在弹药引信安全系统中应用的基础理论及技术关键进行分析,其中包括微尺寸下引信MEMS安全机构基础理论及设计方法、微尺寸效应、引信MEMS安全机构结构在高冲击载荷作用条件下的动力学特性和失效机理建立相应的数学模型,对影响引信性能的阻尼特性、微摩擦等进行分析,同时对常见的失效形式如断裂、粘附进行分析研究,根据引信要求对所加工的引信MEMS安全机构进行抗冲击性能试验,对其性能进行分析,并且与理论分析结果进行对比,作为下一步引信MEMS安全机构改进依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 MEMS技术的特点
• 1.3 MEMS技术在引信安全装置中的应用
• 1.4 国内外研究现状和技术发展趋势
• 1.5 MEMS技术应用于引信安全机构的特点和基本问题
• 1.6 本文主要研究内容
• 2 引信MEMS安全机构
• 2.1 微机电系统及其在引信中的应用
• 2.2 MEMS安保机构的研究背景
• 2.3 MEMS安保机构的国内外发展状况
• 2.3.1 国内外MEMS引信安全系统的研究状况
• 2.3.2 美国典型MEMS安保机构分析
• 2.4 MEMS引信安全系统设计
• 2.4.1 引信安全系统的设计要求
• 2.4.2 引信安全系统的构成形式
• 2.4.3 引信MEMS错位式安全隔爆装置机构
• 2.4.4 MEMS引信安全系统的作用过程
• 2.4.5 在引信MEMS错位式安全隔爆装置典型机构分析
• 2.5 本章小结
• 3 微尺寸下引信MEMS典型机构设计与分析
• 3.1 微尺度理论及效应
• 3.1.1 研究力学性能及尺寸效应的意义
• 3.1.2 力学性能测试方法
• 3.1.3 尺寸效应的基本概念
• 3.1.4 尺寸效应的研究目标
• 3.1.5 几何尺寸效应
• 3.1.6 力的尺寸效应
• 3.2 MEMS引信典型机构——微加速度开关
• 3.2.1 引信安全系统微加速度开关结构设计
• 3.2.2 微加速度开关基本数学模型
• 3.2.3 微加速度开关中的空气阻尼的尺度效应
• 3.2.3.1 压膜阻尼
• 3.2.3.2 滑膜阻尼
• 3.3 微开关的微摩擦仿真
• 3.3.1 微摩擦简介
• 3.3.2 摩擦系数的影响因素及其控制
• 3.3.3 微开关微摩擦仿真分析
• 3.4 本章小结
• 4 微加速度开关在高冲击载荷作用下的失效分析
• 4.1 MEMS的失效模式、失效机理和失效分析
• 4.1.1 失效问题研究的意义
• 4.1.2 MEMS可靠性分析方法
• 4.1.3 基本单元结构的失效分析方法
• 4.1.4 微机械系统中的失效模式
• 4.2 高G值折叠梁式微加速度开关
• 4.2.1 高G值折叠梁式微加速度开关设计
• 4.2.2 高G值折叠梁式微加速度开关计算
• 4.3 微结构中典型的失效分析
• 4.3.1 微梁断裂—微结构中典型的失效模式
• 4.3.1.1 微桥式梁弯曲断裂特性分析
• 4.3.1.1.1 脆性材料的理想化断裂
• 4.3.1.1.2 Griffith断裂理论
• 4.3.1.1.3 Griffith理论修正
• 4.3.1.1.4 微梁试件的断面
• 4.3.1.1.5 单晶硅微梁断裂的应变设计
• 4.3.1.2 粘附现象—微结构中典型的失效模式
• 4.3.1.2.1 粘附现象
• 4.3.1.2.2.微加速度开关粘附分析
• 4.4 微加速度开关抗高过载能力瞬态动力学分析和仿真
• 4.4.1 微加速度开关抗高过载能力瞬态动力学分析
• 4.4.2 微加速度开关仿真
• 4.5 本章小结
• 5 微加速度开关动态性能冲击实验
• 5.1 实验目的
• 5.2 马希特锤击实验介绍
• 5.3 实验方法
• 5.4 实验结果及分析
• 6 全文总结及展望
• 6.1 本文完成的主要工作
• 6.2 本文创新点
• 6.3 未来研究工作展望
• 致谢
• 参考文献