MEMS平面微弹簧弹性系数的研究

分析了在MEMS引信安全系统中平面微弹簧的作用、性能等特点.针对平面微弹簧的设计没有有效的计算公式这一问题,应用力学中的能量法,对一种应用在引信安全系统中的“Z型”平面微弹簧进行了弹性系数计算公式推导,并用有限元分析软件进行了仿真计算.仿真结果与公式计算结果相吻合,验证了公式推导的正确性.     

微机电系统微弹簧优化设计方法

针对现有微机电系统(MEMS )微弹簧研究中侧重于弹性系数的分析,微弹簧优化设计研究则不足的情况,提出了微机电系统微弹簧优化设计方法。该方法根据 MEMS工艺易于平面图形加工的优势,采用 Matlab软件的fgoalattain函数对“L”型微弹簧的线宽进行优化设计,以降低“L”型微弹簧的最大应力。仿真验证表明：在保证微弹簧相同尺寸和弹性系数的前提下,最大应力减少了20%,为后续MEMS微弹簧的结构设计提供了参考。     

复杂多边形蜂窝夹芯面内等效剪切模量研究

针对一种复杂的多边形蜂窝夹芯,将蜂窝胞壁简化为梁,主要考虑弯矩对胞壁变形的影响,利用虚功原理计算蜂窝胞元在剪切载荷作用下的变形,推导出蜂窝夹芯面内等效剪切模量的解析表达式。可知:在胞元尺寸不变的条件下,蜂窝夹芯面内等效剪切模量随胞元长斜边与垂直方向夹角的增大而增大,随胞元短斜边与垂直方向夹角的增大而减小。最后建立蜂窝胞元的有限元模型进行数值分析,数值分析结果与理论分析结果误差在2%以内,证明了理论分析方法的正确性。     

电铸参数对铜基平面微弹簧疲劳性能的影响

平面微弹簧性能直接影响着微机电系统(MEMS)的效果和可靠性,研制长寿命的平面微弹簧对于保证微机电系统可靠性具有重要的意义。研究了占空比、电流密度、电源属性对电铸平面微弹簧质量的影响,并基于正交实验设计方法优化了工艺;制备了尺寸精度合适和疲劳性能良好的平面微弹簧,满足了MEMS的需要。研究表明：大的占空比会降低微弹簧的疲劳性能;双脉冲电源电铸的平面微弹簧疲劳性能优于直流电源和单脉冲电源电铸的;最优工艺为采用双脉冲电源、电流密度3 A/dm²、正向占空比10%;反向占空比10%. 平面微弹簧疲劳寿命在定位移0.2 mm的情况下,最大517次。     

机构运动可靠度的研究

本文将平面机构运动可靠性设计分为机构动作可靠性和运动严谨可靠性设计，并重点阐述了平面机构运动精度可靠性设计原理。即将其中的杆件长度，间隙看作矢量，将机构中的原始误差的运动副的磨损量看作变量，推导出输出运动误差计算公式。建立了运动精度可靠度计算公式。找出了可靠度随磨损量增大而下降的关系。由此可反推出机构的使用寿命。     

一种偏航型遮弹层侵彻深度评估方法

偏航型遮弹层作为一种新型复合遮弹层已引起世界各国防护工程界的极大关注。为合理评估偏航型遮弹层的弹体侵彻深度,在弹体垂直入射和斜入射的侵彻深度计算方法基础上,通过引入斜入射偏转系数和偏航层偏转系数来综合考虑弹体攻角效应、命中姿态以及靶体自由表面等因素的影响,建立了概率意义上的偏航型遮弹层侵彻深度简化计算公式。计算结果表明:斜入射偏转系数随命中角和初始攻角的增大而减小,随命中速度增大而增大;偏航层偏转系数随命中速度增大而减小。侵彻深度评估公式的计算结果与试验结果吻合较好,当命中速度较小时,理论计算结果与试验结果较为接近;当命中速度较大时,理论计算结果与试验结果偏差稍大,说明当命中速度较大时弹头部分发生严重变形或破坏,实际的侵彻阻力大于理论值,评估公式尚需进一步修正。     

管材弯曲过程中的弹塑性变形分析

在管材弯曲变形的基本假设和简单应力状态下的线性强化材料模型的基础上，对管材弯曲进行了变形分析。分析结果表明：弯管横截面上垂直于弯曲平面方向的对称轴两侧存在很小的弹性区，对弯曲卸载后的回弹产生一定影响；弯曲切向应力主要随相对弯曲半径减小、屈服强度和塑性模量增大而增大；在较小相对弯曲半径范围内，弯曲切向应力有急剧上升的倾向；根据弯曲切向应力小于材料拉伸极限的关系，推导出最小相对弯曲半径的计算公式，理论计算值略小于实际试验值，修正并完善后，可应用于生产。     

平面夹层炸药对射流干扰的数值模拟

采用三维有限元程序( LS-DYNA)模拟了射流以不同入射角侵彻装有平面夹层炸药的靶板过程,并和无平面夹层炸药情况进行了对比分析,发现平面夹层炸药爆炸后,运动的面板和背板对射流有严重的干扰和切割效应,使射流偏转、弯曲、着靶点分散,导致侵彻能力下降。对于垂直侵彻,干扰不明显。对于斜侵彻情况,平面夹层炸药结构使射流的侵彻能力下降约58%～75%,干扰程度随入射角的增大而呈递增趋势。     

车载光电经纬仪基准平面测角误差修正

为了提高车载光电经纬仪的测角精度，提出了由基准平面误差导致测角误差的修正方法。根据车载光电经纬仪基准平面的结构，分析了基准平面的误差组成。基于光电经纬仪的基座上安装相互垂直的两个水平传感器，推导了根据水平传感器测得的倾角计算出整个基准平面的倾角和最大倾斜方向的计算公式。使用球面坐标系分析了由基准平面误差而产生的测角误差并给出了修正公式。实际跟踪测量表明，采用此方法进行测角误差修正效果较好，最大方位角修正角度误差在5’左右，最大俯仰角的修正误差为2′左右。     

喷丸对2219铝合金TIG焊接残余应力的影响

用不同喷丸参数对2219-T8铝合金TIG焊接接头进行强化处理。用X射线衍射仪(XRD)、盲孔应力仪(MTS3000)检测试样喷丸前后残余应力场。结果表明:喷丸处理前,垂直于焊缝的横截面,纵向应力呈不规则"几"字型分布,表现为焊缝附近区域存在较大残余拉应力,远离焊缝的母材区接近零应力状态,随试样厚度增大,残余应力峰值增大;喷丸处理后,垂直于焊缝的横截面表面应力呈不规则"V"型分布,表现为焊缝附近区域产生较大残余压应力。在相同丸径情况下,玻璃丸较钢丸表面压应力更大。喷丸处理后,焊缝内部有限范围内压应力呈不规则"S"型分布。对相同材质弹丸,随弹丸直径增大,压应力层深度逐渐增大。在相同丸径下,钢丸较玻璃丸压应力层和峰值更大,且随钢丸直径增大,残余压应力峰值所在位置逐渐内移,其值逐渐增大。     

引信用MEMS气流谐振压电发电机

针对目前引信用气流谐振发电机结构复杂、体积大等缺点,结合压电式射流发电机原理和MEMS技术工艺,提出了一种MEMS气流谐振压电式发电机.通过流场和流固耦合分析及压电仿真等对发电机的性能进行的验证表明:MEMS压电式射流发电机可满足低功耗引信使用,且具有结构简单、体积小、能量密度高等特点.     

小口径旋转导弹组合导航算法设计

针对小口径旋转导弹特点,提出地磁辅助MEMS惯组的组合导航算法设计方案。给出MEMS惯性器件和地磁传感器的误差数学模型,简述三轴地磁定姿解算原理,在设计的飞行轨迹上进行MEMS惯性导航仿真和MEMS惯组/地磁组合导航仿真。结果表明：经过地磁辅助的MEMS惯性导航的姿态角误差和位置误差减小明显,可以满足旋转导弹的使用要求。     

格栅翼空气动力特性数值模拟研究

为了研究格栅翼的气动特性,采用数值模拟方法求解三维NS方程组,对格栅翼和平面翼战术导弹大攻角流场进行了数值计算,并重点分析了几何特征尺寸对格栅翼气动特性的影响。结果表明:与平面翼相比格栅翼具有失速攻角大、铰链力矩小等优点;格栅翼的格数、格壁厚度、剖面前后缘楔角对翼面法向力影响较小,对轴向力影响很大。     

小口径榴弹引信微机电安全系统设计与仿真方法

微机电安全系统是实现引信小型化的关键技术之一。阐述了一种基于微机电技术的安全系统构造与作用原理,并选取安全系统的典型机构进行方案设计、仿真和分析,对微机电安全系统的设计流程和设计方法进行初步探索。仿真结果表明,阻尼延迟后坐保险机构可以区分勤务处理和发射时的环境,提高引信的安全性。     

基于MEMS的微引信谐振器系统级设计

在微机电系统集成设计平台-MEMS Garden基础上，搭建MEMS微引信谐振器的系统级模型，并利用有限元仿真计算2种方法并对模型进行有效性验证，完成谐振器的结构设计，再由仿真得到结构性能参数。研究结果表明，采用系统级方法进行MEMS器件的设计能够在确保求解精度的前提下，显著提高设计效率，缩短设计周期，减小设计成本；所设计的MEMS微引信谐振器的各项性能指标完全能满足引信安全系统的应用要求。     

高过载三维MEMS加速度传感器敏感芯片设计仿真与优化

为获取硬目标侵彻武器弹体侵彻过程中完整的三轴向加速度信号，研制了三维高冲击过载MEMS压阻式加速度传感器。提出了中心岛硬心质量块E型膜片结构设计方案和独特的三维力敏电阻的布桥方式，并详细阐述了传感器三维加速度测试的工作原理，运用有限元分析软件进行仿真验证，并运用零阶粗优化与一阶梯度寻优相结合的优化算法，对传感器敏感芯片的结构参数进行优化。优化仿真结果表明：传感器敏感芯片的结构强度足够，可承受的瞬态高冲击过载峰值最高可达2×105 g;芯片固有频率可达231 kHz;三轴向加速度浏试力敏电阻布设位置应力应变大，使得传感器有较高的输出灵敏度，理论上的优化仿真分析保证了传感器有可靠的工作性能，最后研制传感器原理样机，进行实验验证。     

基于ANSYS的微谐振器模态分析

为研究微谐振器在MEMS引信中的振动现象，建立系统固有频率和振型的方程。通过有限元仿真软件ANSYS对微谐振器进行模态仿真分析，包括基于分块Lanczos法的模态分析、软件仿真、结构尺寸对固有频率影响等，得到微谐振器的谐振频率和等效质量等重要参数，以及不同的结构尺寸其的影响。     

基于MEMS VOA阵列的红外场景生成器

针对动态半实物仿真系统的需求,提出了一种新颖的基于微机电系统(MEMS)技术的红外场景生成器。研究了可变光衰减器(VOA)阵列组成红外场景生成器的工作原理和器件结构,提出了新型串联双向折叠梁结构和阵列布局方案,为实现大规模阵列的红外场景生成器奠定基础。     

一种微带相控阵天线的设计与仿真

介绍了几种不同类型相控阵天线的特点,通过阵列方向图的理论计算来分析不同单元数阵列性能和不同排列方式阵列性能的比较,设计了一种微带相控阵天线,采用HFSS软件对阵面进行仿真,仿真结果与理论计算结果较吻合。