现代引信技术丛书：引信MEMS微弹性元件设计基础 [Fundamental of MEMS Elements Design for Fuze] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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隋丽，牛少华，石庚辰，代俊 著

图书标签:

• 引信
• MEMS
• 微机电系统
• 微弹性元件
• 设计
• 传感器
• 军事技术
• 电子工程
• 机械工程
• 结构力学
• 仿真分析

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118078121

版次：1

商品编码：12009839

包装：平装

丛书名： 现代引信技术丛书

外文名称：Fundamental of MEMS Elements Design for Fuze

开本：16开

出版时间：2016-03-01

用纸：胶版纸

页数：258

字数：347000

编辑推荐

　　各类微弹簧结构形态设计
　　各类微闭锁机构设计方法
　　微弹性元件仿真优化技术
　　微弹性元件性能检测方法

现代引信技术丛书：

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内容简介

　　《现代引信技术丛书：引信MEMS微弹性元件设计基础》从基本理论出发，对主要微弹性元件（微弹簧、微闭锁机构等）的设计计算方法做了比较系统的分析和推导，以期使设计人员对其有比较全面系统的了解，从而达到正确和灵活运用这些方法的目的。书中对一些特殊结构的微弹簧设计计算方法进行了研究和完善，如压缩型微弹簧、变刚度微弹簧等。此外，《现代引信技术丛书：引信MEMS微弹性元件设计基础》还对微弹性元件的试验方法进行了介绍。
　　《现代引信技术丛书：引信MEMS微弹性元件设计基础》读者对象为引信专业高年级本科生、研究生以及从事引信MEMS器件设计的工程技术人员。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 引信MEMS安全系统简介
1．1．1 引信安全系统的定义及组成
1．1．2 引信MEMS安全系统的组成
1．1．3 引信MEMS安全系统的研究现状
1．1．4 引信MEMS安全系统的特点
1．2 引信微弹性元件的分类
1．2．1 微弹性梁
1．2．2 微弹簧
1．2．3 微闭锁机构
1．3 本章小结

第2章 微弹簧变形特性基础研究
2．1 常规弹簧的性能指标
2．1．1 弹簧的特性线和刚度
2．1．2 弹簧的变形能
2．1．3 弹簧的自振频率
2．2 引信中传统弹簧与微弹簧的区别
2．2．1 使用方法不同
2．2．2 固定方式不同
2．2．3 弹簧的性能参数不同
2．3 微弹簧的工作模式及结构形态
2．3．1 微弹簧在轴向的拉伸（压缩）变形
2．3．2 微弹簧的径向变形
2．3．3 微弹簧的法向变形
2．4 基于能量法的微弹簧刚度公式推导
2．4．1 能量法概述
2．4．2 不同工作模式下L形微弹簧的刚度系数
2．4．3 不同工作模式下S形微弹簧的刚度系数
2．5 基于单位载荷法的微弹簧刚度公式推导
2．5．1 L形微弹簧的刚度系数推导
2．5．2 S形微弹簧的刚度系数推导
2．6 微弹簧结构形状与刚度系数的关系
2．6．1 基本结构展开长度相同
2．6．2 基本结构整体宽度相同
2．7 本章小结

第3章 微弹簧的结构变异性设计
3．1 变截面微弹簧设计与分析
3．1．1 等强度梁的设计方法
3．1．2 变截面L形微弹簧的设计与分析
3．1．3 变截面S形微弹簧的设计与分析
3．2 非规则微弹簧设计及分析
3．2．1 非规则L形微弹簧的设计与分析
3．2．2 非规则S形微弹簧的设计与分析
3．3 本章小结

第4章 变刚度微弹簧的设计
4．1 螺旋弹簧变刚度实现方法
4．1．1 不等节距螺旋弹簧
4．1．2 圆锥形螺旋弹簧
4．1．3 变中径螺旋弹簧
4．1．4 圆锥涡卷螺旋弹簧
4．1．5 组合式变刚度螺旋弹簧
4．1．6 螺旋弹簧变刚度的实现方法
4．2 变刚度微弹簧的设计思路
4．3 变刚度微弹簧的设计与性能分析
4．3．1 带有接触对的变刚度微弹簧设计与分析
4．3．2 改进的变刚度微弹簧设计与分析
4．3．3 串联结构的变刚度微弹簧设计与分析
4．3．4 变刚度微弹簧特性曲线的三种形式
……
第5章 压缩微弹簧的稳定性分析
第6章 微弹簧的优化设计
第7章 微闭锁机构的设计方法
第8章 微弹性元件试验方法
第9章 微弹簧的疲劳特性检测
附录
参考文献

前言/序言

　　MEMS相关理论和技术的出现，使得传统机电系统逐步走向微型化。微梁、微弹簧、微型闭锁机构等微弹性元件作为微机电系统的重要组成部分，在微机电系统中发挥着重要的作用。微弹性元件在引信中应用十分广泛，引信MEMS安全系统中的弹性元件可以实现能量和力的传递，是保证引信安全与解除保险装置平时安全与发射后可靠作用的重要零件。微弹性元件的力学性能对引信中其他器件能否按照设计要求正确发挥作用起着至关重要的作用。引信MEMS安全系统中的微弹性元件多采用平面式设计，其结构形式和尺寸参数与宏观零部件差异较大，目前大部分微弹性元件都没有相应成熟的设计理论，在器件的设计及优化中缺乏理论上的支持。因此开展微弹性元件的研究具有非常重要的意义。
　　作者于2000年开始接触引信MEMS器件的设计、优化与测试方法研究，本书是在作者及作者所在课题组大量科学实践基础上写成的。本书内容为微弹簧、微闭锁机构等微弹性元件的结构设计、优化及检测研究。
　　本书读者对象为有关专业高年级本科生、研究生和从事引信设计的工程技术人员，宗旨是帮助读者利用ANSYS、MATLAB等工程软件对微弹性元件进行设计、仿真及优化，所以本书着力讲述微弹性元件设计的基本原理、方法和步骤，而对所涉及的数学问题只是从应用的角度进行必要的介绍。
　　全书共分为9章，第1章介绍了引信MEMS安全系统的组成及工作原理，并将以此为应用背景的微弹性元件分为三类：微梁、微弹簧和微闭锁机构；第2章采用能量法及单位载荷法对L形微弹簧和S形微弹簧的刚度公式进行推导，并分析了微弹簧的结构形状对刚度系数的影响；第3章给出了L形及S形微弹簧的变异性设计方法，通过改变微弹簧部分组成要素的形态，实现改善弹簧某些性能的目的；第4章利用增加“接触对”的思想，提出了基于MEMS加工工艺的微弹簧变刚度的实现方法，对变刚度微弹簧在引信MEMS安全系统中的应用进行了探讨；第5章针对压缩微弹簧发生的失稳问题，利用仿真方法对微弹簧进行了特征值屈曲分析，研究了结构参数、边界条件和结构形态对微弹簧稳定性的影响；第6章利用二次开发技术，实现了S形微弹簧的参数化建模及有限元仿真功能，在此基础上完成了微弹簧的优化设计；第7章对初始定位闭锁机构和终止定位闭锁机构进行了力学分析，利用仿真方法对引信MEMS后坐保险机构的终止定位闭锁机构进行了动力学仿真研究；第8、9章为微弹性元件的试验研究，包括几何尺寸测量、材料参数测量及微弹簧的疲劳特性检测。

引信，战场上的“神经末梢”，是决定弹药毁伤效能的关键部件。而引信技术，作为一项集电子、机械、材料、信息等学科于一体的高科技领域，更是尖端军事装备发展的重要标志。本书旨在为有志于投身引信技术研究与设计的读者，尤其是 MEMS（微机电系统）在引信领域的应用探索者，提供一套系统、扎实的设计基础理论与实践指导。 引信，在现代战争中扮演着至关重要的角色。它就好比弹药的“眼睛”和“大脑”，负责感知目标、判断时机，并最终精确触发弹药的爆炸，以达到最佳的毁伤效果。从简单的撞击引信，到复杂的程序引信、近炸引信，再到如今更为智能化、集成化的引信系统，引信技术的每一次革新都伴随着军事科技的巨大飞跃。而 MEMS 技术，作为一项革命性的微型化技术，为引信设计带来了前所未有的机遇。它使得引信的体积、重量、功耗大幅降低，可靠性、集成度、智能化水平显著提升，从而推动了新一代智能弹药的诞生。 本书聚焦于引信 MEMS 微弹性元件的设计基础。引信 MEMS 微弹性元件，是 MEMS 引信中实现传感、执行、调控等核心功能的关键微结构。它们通常由各种精密加工的微型梁、膜、腔体等组成，能够对外界的物理量（如加速度、压力、温度、振动等）做出灵敏响应。理解并掌握这些微弹性元件的设计原理，是实现高性能 MEMS 引信的前提。 本书内容将循序渐进，由浅入深，涵盖引信 MEMS 微弹性元件设计所需的核心理论知识、关键技术要点以及实际应用方法。我们不会涉及具体的引信系统整体设计、复杂的电磁兼容性分析、或者特定应用场景的实战部署等内容，而是将精力集中在引信 MEMS 微弹性元件本身的设计层面，为读者打下坚实的基础。 第一部分：引信 MEMS 微弹性元件的基础理论 在这一部分，我们将首先建立读者对 MEMS 技术在引信领域应用的宏观认识，并深入探讨微弹性元件的设计基础。 引信技术概览与 MEMS 引信的地位： 简要回顾引信技术的发展历程，重点介绍 MEMS 技术如何为引信设计带来颠覆性的变革，例如微型化、集成化、低功耗、高可靠性等方面的优势。我们将讨论 MEMS 引信在现代弹药中的典型应用场景，但不会深入探讨具体弹种的作战任务。 微弹性元件的基本概念与分类： 详细介绍引信 MEMS 微弹性元件的定义，以及其在引信系统中扮演的角色。我们将对常见的微弹性元件进行分类，例如悬臂梁式传感器、膜式传感器、微谐振器等，并简要说明它们的工作原理。 材料力学基础在微弹性元件设计中的应用： 深入讲解与 MEMS 微弹性元件设计密切相关的材料力学知识。我们将复习材料的线弹性、弹塑性行为，以及应力、应变、泊松比等基本概念。重点在于讲解如何将这些概念应用于微小尺度的结构，例如应力集中、弯曲、拉伸、扭转等现象在微结构中的表现。我们将涉及材料在微加工过程中可能出现的残余应力、形变等影响。 微弹性元件的建模与仿真方法： 介绍用于分析和预测微弹性元件行为的数学模型和仿真技术。我们将讨论有限元方法（FEM）在微结构力学分析中的应用，包括网格划分、边界条件设置、载荷施加等关键步骤。读者将学习如何利用仿真工具（例如 COMSOL、ANSYS 等）来预测微弹性元件在不同载荷下的应力分布、形变情况以及固有频率等重要参数。我们将强调仿真的重要性，以及它如何指导实验设计和优化。 微纳加工的基本原理与工艺对元件性能的影响： 概述 MEMS 微弹性元件的常用微纳加工技术，如光刻、刻蚀（干法刻蚀、湿法刻蚀）、薄膜沉积、键合等。我们将重点分析不同工艺参数（如刻蚀速率、掩模精度、薄膜厚度均匀性等）对最终微弹性元件的尺寸精度、表面质量、材料性能以及力学特性的影响。例如，表面粗糙度对传感器的灵敏度、刻蚀侧壁角度对梁的刚度等。 第二部分：引信 MEMS 微弹性元件的设计原理与方法 在这一部分，我们将深入探讨具体微弹性元件的设计方法，并介绍影响其性能的关键设计因素。 传感型微弹性元件的设计： 压阻式微弹性元件设计： 详细讲解压阻效应在微弹性元件中的应用。我们将探讨不同压阻材料（如硅、多晶硅）的压阻系数，以及如何合理设计应变敏感区域的几何形状和位置，以最大化压阻输出信号。重点在于如何通过改变结构应力来引起电阻变化。 电容式微弹性元件设计： 阐述电容式传感原理在微弹性元件中的应用。我们将分析如何设计可动电极和固定电极的几何形状、间隙以及相对位移，以实现高灵敏度的电容变化。我们将讨论寄生电容对测量精度的影响。 压电式微弹性元件设计： 介绍压电材料（如 PZT）在微弹性元件中的应用。我们将探讨压电效应，以及如何将压电材料集成到微弹性结构中，实现对外界激励的电信号响应。我们将讨论不同压电材料的性能差异。 谐振式微弹性元件设计： 深入讲解微谐振器在传感领域的应用。我们将重点关注谐振器（如微梁、微环）的质量效应，即当微谐振器表面附着质量或其受力产生形变时，会引起其固有频率的变化。我们将讨论如何设计谐振器的几何形状、材料以及激励/读取方式，以提高其灵敏度和响应速度。 驱动与执行型微弹性元件的设计： 微型驱动器的基本原理： 介绍实现微弹性元件运动的几种主流驱动技术，如静电驱动、热驱动、压电驱动、电磁驱动等。我们将分析不同驱动方式的优缺点，以及它们在特定应用场景下的适用性。 微泵、微阀等执行元件的设计考量： 针对引信中可能用到的微型执行元件，如微泵、微阀等，我们将探讨其基于微弹性元件的设计思路。例如，如何通过微弹性薄膜的变形来控制流体的流动，或者如何设计微型驱动梁来实现微型阀门的开关。 微弹性元件的可靠性设计： 疲劳与断裂分析： 重点关注微弹性元件在反复载荷作用下的疲劳性能和断裂失效机理。我们将介绍疲劳寿命的评估方法，以及如何通过结构优化和材料选择来提高其抗疲劳能力。 环境影响与防护： 讨论温度、湿度、振动、冲击等环境因素对微弹性元件性能稳定性和可靠性的影响。我们将介绍一些常用的封装技术和防护措施，以提高元件的抗干扰能力和长期稳定性。 微加工缺陷的影响与补偿： 分析微加工过程中不可避免的缺陷（如表面粗糙度、非均匀刻蚀、残余应力等）对元件性能的影响，并探讨一些减少或补偿这些缺陷的设计策略。 第三部分：引信 MEMS 微弹性元件的选材与工艺考量 本部分将侧重于材料的选择以及制造工艺对设计方案的影响。 常用 MEMS 材料及其性能特点： 详细介绍适用于 MEMS 微弹性元件的常见材料，包括硅（单晶硅、多晶硅）、氮化硅、二氧化硅、金属（如金、铝）等。我们将对比这些材料的力学性能（弹性模量、抗拉强度、泊松比）、热学性能、电学性能以及与微加工工艺的兼容性。 微加工工艺对材料性能的影响： 探讨不同微加工工艺（如高低温退火、表面处理等）对材料微观结构和宏观性能可能产生的影响。例如，退火工艺如何改变多晶硅的晶粒尺寸和力学性能。 材料选择与工艺的权衡： 强调在实际设计中，材料的选择与微加工工艺的可用性之间需要进行权衡。我们将提供一些指导原则，帮助读者根据具体的设计需求和工艺条件，选择最合适的材料组合。 新材料与新工艺的展望： 简要介绍一些正在兴起的 MEMS 材料和工艺技术，以及它们在引信 MEMS 微弹性元件设计领域可能带来的新机遇。 本书旨在为读者提供一套严谨、系统的引信 MEMS 微弹性元件设计方法论。我们鼓励读者在学习理论知识的同时，结合实际的仿真工具和可能的实验条件，进行深入的思考和实践。本书并非一本操作手册，而是希望通过详实的理论阐述，帮助读者建立起独立的设计能力和解决问题的能力。 通过本书的学习，读者将能够： 深入理解 MEMS 技术在引信领域的核心作用，特别是微弹性元件的关键地位。 掌握分析和计算微弹性元件力学性能的基本方法。 熟悉各类 MEMS 微弹性传感和驱动元件的设计原理。 了解影响元件性能的关键设计参数和工艺因素。 能够初步进行引信 MEMS 微弹性元件的初步设计与仿真分析。 本书内容侧重于基础理论和通用设计方法，不包含特定型号引信的详细设计方案、实物样机制造、性能测试的具体流程、或者战场应用场景的详细分析。读者在掌握本书内容后，可进一步结合具体的引信系统需求，进行更深入和专业的研发工作。

评分☆☆☆☆☆

这是一本令人惊叹的著作，它以一种我从未预料到的方式深入浅出地探讨了MEMS技术在现代引信设计中的应用。书中的内容，虽然我在此无法一一详述，但其核心思想，即如何通过微机电系统（MEMS）技术来优化和革新引信的弹性元件，无疑为整个行业带来了新的视野。我尤其赞赏作者在理论讲解与实际应用之间的精妙平衡，使得即使是初学者也能逐步掌握复杂的设计原理，而经验丰富的工程师也能从中获得启发。书中对材料选择、制造工艺、以及性能预测的细致分析，让我对引信设计的复杂性和精密度有了全新的认识。每一次阅读，似乎都能发现新的细节和深刻的见解。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一次思想的启迪，让我对未来引信技术的发展充满了期待，也更加肯定了MEMS技术在其中扮演的关键角色。它的存在，为研究和开发人员提供了一个坚实的基础，推动着我们不断突破技术瓶颈，迈向更智能、更高效的引信系统。

评分☆☆☆☆☆

这绝对是一本能够点燃你对精密工程热情的书。书中对引信MEMS微弹性元件的探讨，让我领略到了微观世界里蕴藏的巨大能量和无限可能。作者在解释复杂的力学原理和材料特性时，展现了非凡的阐述能力，将原本深奥的知识变得易于理解和消化。我喜欢书中那种对细节的极致追求，以及对每一个设计决策背后逻辑的清晰剖析。它不仅仅是介绍技术，更是在讲述一个关于创新和突破的故事。阅读过程中，我仿佛能感受到作者在每一次实验、每一次设计中所付出的努力和热情。这本书让我看到了未来引信技术的发展趋势，特别是MEMS技术在提升引信的精度、可靠性和智能化水平方面所扮演的关键角色。它鼓励我们跳出固有的思维模式，以全新的视角去审视和解决工程问题，绝对是一本值得反复品读的佳作。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，在我翻开这本书之前，我对MEMS技术在引信领域的实际应用知之甚少，甚至觉得它是一个相当晦涩难懂的领域。然而，这本书以一种极其引人入胜的方式，将原本可能枯燥的技术概念变得生动有趣。作者巧妙地运用了大量的图示和案例分析，将抽象的理论转化为直观的理解。我能够感受到作者在组织内容时所付出的心血，每一个章节都如同精心打磨的宝石，闪烁着智慧的光芒。更重要的是，这本书不仅仅关注技术本身，还深入探讨了其背后的工程哲学和设计理念。读完这本书，我仿佛看到了引信设计从传统的机械结构向高度集成化、智能化方向的转变，而MEMS正是这场变革的核心驱动力。书中对各种传感器、执行器以及信号处理单元的集成方式的阐述，让我对未来引信的微型化、多功能化充满了信心。它不仅仅是一本学习资料，更是一次对工程智慧的致敬。

评分☆☆☆☆☆

初次接触这本书，我就被其严谨的学术风格和前沿的技术洞察力所吸引。作者在引信MEMS微弹性元件设计方面的深入研究，展现了其在该领域深厚的学术功底和独到的见解。书中对各类微弹性元件的设计原则、结构优化以及性能评估进行了详尽的论述，为该领域的科研人员和工程师提供了宝贵的参考。我个人尤其欣赏作者在分析复杂问题时所展现出的逻辑清晰和条理分明，使得读者能够循序渐进地理解每一个环节。这本书不仅仅是知识的罗列，更是一种思维方式的引导，它鼓励读者去探索、去创新，去挑战现有技术的边界。它让我意识到，在现代科技飞速发展的今天，微弹性元件的设计不仅仅是工程技术的体现，更是对物理学、材料学等多学科知识的综合运用。这本书无疑将成为引信MEMS领域不可或缺的重要参考著作，为推动该领域的研究和发展奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

自从收到这本书以来，我便沉浸在其深邃的知识海洋中，每一页都充满了智慧与启迪。书中所涵盖的关于引信MEMS微弹性元件的设计理念，以一种极其精辟和富有远见的方式呈现了该领域的最新进展。我惊喜地发现，作者在处理复杂的技术概念时，总能找到最恰当的比喻和最生动的语言，使得理论与实践之间产生奇妙的化学反应。它不仅仅是一本技术指南，更像是一位经验丰富的导师，循循善诱地引领我走进一个充满挑战和机遇的领域。我对书中对于元件的材料选择、性能测试以及失效分析的细致讲解印象尤为深刻，这些都充分体现了作者在实践中的积累和理论上的造诣。这本书让我对引信的微型化、集成化以及智能化发展有了更深层次的理解，并且更加坚信MEMS技术将是未来引信技术发展的主流方向。