現代引信技術叢書：引信MEMS微彈性元件設計基礎 [Fundamental of MEMS Elements Design for Fuze] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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隋麗，牛少華，石庚辰，代俊 著

圖書標籤:

• 引信
• MEMS
• 微機電係統
• 微彈性元件
• 設計
• 傳感器
• 軍事技術
• 電子工程
• 機械工程
• 結構力學
• 仿真分析

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118078121

版次：1

商品編碼：12009839

包裝：平裝

叢書名： 現代引信技術叢書

外文名稱：Fundamental of MEMS Elements Design for Fuze

開本：16開

齣版時間：2016-03-01

用紙：膠版紙

頁數：258

字數：347000

編輯推薦

　　各類微彈簧結構形態設計
　　各類微閉鎖機構設計方法
　　微彈性元件仿真優化技術
　　微彈性元件性能檢測方法

現代引信技術叢書：

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內容簡介

　　《現代引信技術叢書：引信MEMS微彈性元件設計基礎》從基本理論齣發，對主要微彈性元件（微彈簧、微閉鎖機構等）的設計計算方法做瞭比較係統的分析和推導，以期使設計人員對其有比較全麵係統的瞭解，從而達到正確和靈活運用這些方法的目的。書中對一些特殊結構的微彈簧設計計算方法進行瞭研究和完善，如壓縮型微彈簧、變剛度微彈簧等。此外，《現代引信技術叢書：引信MEMS微彈性元件設計基礎》還對微彈性元件的試驗方法進行瞭介紹。
　　《現代引信技術叢書：引信MEMS微彈性元件設計基礎》讀者對象為引信專業高年級本科生、研究生以及從事引信MEMS器件設計的工程技術人員。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
1．1 引信MEMS安全係統簡介
1．1．1 引信安全係統的定義及組成
1．1．2 引信MEMS安全係統的組成
1．1．3 引信MEMS安全係統的研究現狀
1．1．4 引信MEMS安全係統的特點
1．2 引信微彈性元件的分類
1．2．1 微彈性梁
1．2．2 微彈簧
1．2．3 微閉鎖機構
1．3 本章小結

第2章 微彈簧變形特性基礎研究
2．1 常規彈簧的性能指標
2．1．1 彈簧的特性綫和剛度
2．1．2 彈簧的變形能
2．1．3 彈簧的自振頻率
2．2 引信中傳統彈簧與微彈簧的區彆
2．2．1 使用方法不同
2．2．2 固定方式不同
2．2．3 彈簧的性能參數不同
2．3 微彈簧的工作模式及結構形態
2．3．1 微彈簧在軸嚮的拉伸（壓縮）變形
2．3．2 微彈簧的徑嚮變形
2．3．3 微彈簧的法嚮變形
2．4 基於能量法的微彈簧剛度公式推導
2．4．1 能量法概述
2．4．2 不同工作模式下L形微彈簧的剛度係數
2．4．3 不同工作模式下S形微彈簧的剛度係數
2．5 基於單位載荷法的微彈簧剛度公式推導
2．5．1 L形微彈簧的剛度係數推導
2．5．2 S形微彈簧的剛度係數推導
2．6 微彈簧結構形狀與剛度係數的關係
2．6．1 基本結構展開長度相同
2．6．2 基本結構整體寬度相同
2．7 本章小結

第3章 微彈簧的結構變異性設計
3．1 變截麵微彈簧設計與分析
3．1．1 等強度梁的設計方法
3．1．2 變截麵L形微彈簧的設計與分析
3．1．3 變截麵S形微彈簧的設計與分析
3．2 非規則微彈簧設計及分析
3．2．1 非規則L形微彈簧的設計與分析
3．2．2 非規則S形微彈簧的設計與分析
3．3 本章小結

第4章 變剛度微彈簧的設計
4．1 螺鏇彈簧變剛度實現方法
4．1．1 不等節距螺鏇彈簧
4．1．2 圓錐形螺鏇彈簧
4．1．3 變中徑螺鏇彈簧
4．1．4 圓錐渦捲螺鏇彈簧
4．1．5 組閤式變剛度螺鏇彈簧
4．1．6 螺鏇彈簧變剛度的實現方法
4．2 變剛度微彈簧的設計思路
4．3 變剛度微彈簧的設計與性能分析
4．3．1 帶有接觸對的變剛度微彈簧設計與分析
4．3．2 改進的變剛度微彈簧設計與分析
4．3．3 串聯結構的變剛度微彈簧設計與分析
4．3．4 變剛度微彈簧特性麯綫的三種形式
……
第5章 壓縮微彈簧的穩定性分析
第6章 微彈簧的優化設計
第7章 微閉鎖機構的設計方法
第8章 微彈性元件試驗方法
第9章 微彈簧的疲勞特性檢測
附錄
參考文獻

前言/序言

　　MEMS相關理論和技術的齣現，使得傳統機電係統逐步走嚮微型化。微梁、微彈簧、微型閉鎖機構等微彈性元件作為微機電係統的重要組成部分，在微機電係統中發揮著重要的作用。微彈性元件在引信中應用十分廣泛，引信MEMS安全係統中的彈性元件可以實現能量和力的傳遞，是保證引信安全與解除保險裝置平時安全與發射後可靠作用的重要零件。微彈性元件的力學性能對引信中其他器件能否按照設計要求正確發揮作用起著至關重要的作用。引信MEMS安全係統中的微彈性元件多采用平麵式設計，其結構形式和尺寸參數與宏觀零部件差異較大，目前大部分微彈性元件都沒有相應成熟的設計理論，在器件的設計及優化中缺乏理論上的支持。因此開展微彈性元件的研究具有非常重要的意義。
　　作者於2000年開始接觸引信MEMS器件的設計、優化與測試方法研究，本書是在作者及作者所在課題組大量科學實踐基礎上寫成的。本書內容為微彈簧、微閉鎖機構等微彈性元件的結構設計、優化及檢測研究。
　　本書讀者對象為有關專業高年級本科生、研究生和從事引信設計的工程技術人員，宗旨是幫助讀者利用ANSYS、MATLAB等工程軟件對微彈性元件進行設計、仿真及優化，所以本書著力講述微彈性元件設計的基本原理、方法和步驟，而對所涉及的數學問題隻是從應用的角度進行必要的介紹。
　　全書共分為9章，第1章介紹瞭引信MEMS安全係統的組成及工作原理，並將以此為應用背景的微彈性元件分為三類：微梁、微彈簧和微閉鎖機構；第2章采用能量法及單位載荷法對L形微彈簧和S形微彈簧的剛度公式進行推導，並分析瞭微彈簧的結構形狀對剛度係數的影響；第3章給齣瞭L形及S形微彈簧的變異性設計方法，通過改變微彈簧部分組成要素的形態，實現改善彈簧某些性能的目的；第4章利用增加“接觸對”的思想，提齣瞭基於MEMS加工工藝的微彈簧變剛度的實現方法，對變剛度微彈簧在引信MEMS安全係統中的應用進行瞭探討；第5章針對壓縮微彈簧發生的失穩問題，利用仿真方法對微彈簧進行瞭特徵值屈麯分析，研究瞭結構參數、邊界條件和結構形態對微彈簧穩定性的影響；第6章利用二次開發技術，實現瞭S形微彈簧的參數化建模及有限元仿真功能，在此基礎上完成瞭微彈簧的優化設計；第7章對初始定位閉鎖機構和終止定位閉鎖機構進行瞭力學分析，利用仿真方法對引信MEMS後坐保險機構的終止定位閉鎖機構進行瞭動力學仿真研究；第8、9章為微彈性元件的試驗研究，包括幾何尺寸測量、材料參數測量及微彈簧的疲勞特性檢測。

引信，戰場上的“神經末梢”，是決定彈藥毀傷效能的關鍵部件。而引信技術，作為一項集電子、機械、材料、信息等學科於一體的高科技領域，更是尖端軍事裝備發展的重要標誌。本書旨在為有誌於投身引信技術研究與設計的讀者，尤其是 MEMS（微機電係統）在引信領域的應用探索者，提供一套係統、紮實的設計基礎理論與實踐指導。 引信，在現代戰爭中扮演著至關重要的角色。它就好比彈藥的“眼睛”和“大腦”，負責感知目標、判斷時機，並最終精確觸發彈藥的爆炸，以達到最佳的毀傷效果。從簡單的撞擊引信，到復雜的程序引信、近炸引信，再到如今更為智能化、集成化的引信係統，引信技術的每一次革新都伴隨著軍事科技的巨大飛躍。而 MEMS 技術，作為一項革命性的微型化技術，為引信設計帶來瞭前所未有的機遇。它使得引信的體積、重量、功耗大幅降低，可靠性、集成度、智能化水平顯著提升，從而推動瞭新一代智能彈藥的誕生。 本書聚焦於引信 MEMS 微彈性元件的設計基礎。引信 MEMS 微彈性元件，是 MEMS 引信中實現傳感、執行、調控等核心功能的關鍵微結構。它們通常由各種精密加工的微型梁、膜、腔體等組成，能夠對外界的物理量（如加速度、壓力、溫度、振動等）做齣靈敏響應。理解並掌握這些微彈性元件的設計原理，是實現高性能 MEMS 引信的前提。 本書內容將循序漸進，由淺入深，涵蓋引信 MEMS 微彈性元件設計所需的核心理論知識、關鍵技術要點以及實際應用方法。我們不會涉及具體的引信係統整體設計、復雜的電磁兼容性分析、或者特定應用場景的實戰部署等內容，而是將精力集中在引信 MEMS 微彈性元件本身的設計層麵，為讀者打下堅實的基礎。 第一部分：引信 MEMS 微彈性元件的基礎理論 在這一部分，我們將首先建立讀者對 MEMS 技術在引信領域應用的宏觀認識，並深入探討微彈性元件的設計基礎。 引信技術概覽與 MEMS 引信的地位： 簡要迴顧引信技術的發展曆程，重點介紹 MEMS 技術如何為引信設計帶來顛覆性的變革，例如微型化、集成化、低功耗、高可靠性等方麵的優勢。我們將討論 MEMS 引信在現代彈藥中的典型應用場景，但不會深入探討具體彈種的作戰任務。 微彈性元件的基本概念與分類： 詳細介紹引信 MEMS 微彈性元件的定義，以及其在引信係統中扮演的角色。我們將對常見的微彈性元件進行分類，例如懸臂梁式傳感器、膜式傳感器、微諧振器等，並簡要說明它們的工作原理。 材料力學基礎在微彈性元件設計中的應用： 深入講解與 MEMS 微彈性元件設計密切相關的材料力學知識。我們將復習材料的綫彈性、彈塑性行為，以及應力、應變、泊鬆比等基本概念。重點在於講解如何將這些概念應用於微小尺度的結構，例如應力集中、彎麯、拉伸、扭轉等現象在微結構中的錶現。我們將涉及材料在微加工過程中可能齣現的殘餘應力、形變等影響。 微彈性元件的建模與仿真方法： 介紹用於分析和預測微彈性元件行為的數學模型和仿真技術。我們將討論有限元方法（FEM）在微結構力學分析中的應用，包括網格劃分、邊界條件設置、載荷施加等關鍵步驟。讀者將學習如何利用仿真工具（例如 COMSOL、ANSYS 等）來預測微彈性元件在不同載荷下的應力分布、形變情況以及固有頻率等重要參數。我們將強調仿真的重要性，以及它如何指導實驗設計和優化。 微納加工的基本原理與工藝對元件性能的影響： 概述 MEMS 微彈性元件的常用微納加工技術，如光刻、刻蝕（乾法刻蝕、濕法刻蝕）、薄膜沉積、鍵閤等。我們將重點分析不同工藝參數（如刻蝕速率、掩模精度、薄膜厚度均勻性等）對最終微彈性元件的尺寸精度、錶麵質量、材料性能以及力學特性的影響。例如，錶麵粗糙度對傳感器的靈敏度、刻蝕側壁角度對梁的剛度等。 第二部分：引信 MEMS 微彈性元件的設計原理與方法 在這一部分，我們將深入探討具體微彈性元件的設計方法，並介紹影響其性能的關鍵設計因素。 傳感型微彈性元件的設計： 壓阻式微彈性元件設計： 詳細講解壓阻效應在微彈性元件中的應用。我們將探討不同壓阻材料（如矽、多晶矽）的壓阻係數，以及如何閤理設計應變敏感區域的幾何形狀和位置，以最大化壓阻輸齣信號。重點在於如何通過改變結構應力來引起電阻變化。 電容式微彈性元件設計： 闡述電容式傳感原理在微彈性元件中的應用。我們將分析如何設計可動電極和固定電極的幾何形狀、間隙以及相對位移，以實現高靈敏度的電容變化。我們將討論寄生電容對測量精度的影響。 壓電式微彈性元件設計： 介紹壓電材料（如 PZT）在微彈性元件中的應用。我們將探討壓電效應，以及如何將壓電材料集成到微彈性結構中，實現對外界激勵的電信號響應。我們將討論不同壓電材料的性能差異。 諧振式微彈性元件設計： 深入講解微諧振器在傳感領域的應用。我們將重點關注諧振器（如微梁、微環）的質量效應，即當微諧振器錶麵附著質量或其受力産生形變時，會引起其固有頻率的變化。我們將討論如何設計諧振器的幾何形狀、材料以及激勵/讀取方式，以提高其靈敏度和響應速度。 驅動與執行型微彈性元件的設計： 微型驅動器的基本原理： 介紹實現微彈性元件運動的幾種主流驅動技術，如靜電驅動、熱驅動、壓電驅動、電磁驅動等。我們將分析不同驅動方式的優缺點，以及它們在特定應用場景下的適用性。 微泵、微閥等執行元件的設計考量： 針對引信中可能用到的微型執行元件，如微泵、微閥等，我們將探討其基於微彈性元件的設計思路。例如，如何通過微彈性薄膜的變形來控製流體的流動，或者如何設計微型驅動梁來實現微型閥門的開關。 微彈性元件的可靠性設計： 疲勞與斷裂分析： 重點關注微彈性元件在反復載荷作用下的疲勞性能和斷裂失效機理。我們將介紹疲勞壽命的評估方法，以及如何通過結構優化和材料選擇來提高其抗疲勞能力。 環境影響與防護： 討論溫度、濕度、振動、衝擊等環境因素對微彈性元件性能穩定性和可靠性的影響。我們將介紹一些常用的封裝技術和防護措施，以提高元件的抗乾擾能力和長期穩定性。 微加工缺陷的影響與補償： 分析微加工過程中不可避免的缺陷（如錶麵粗糙度、非均勻刻蝕、殘餘應力等）對元件性能的影響，並探討一些減少或補償這些缺陷的設計策略。 第三部分：引信 MEMS 微彈性元件的選材與工藝考量 本部分將側重於材料的選擇以及製造工藝對設計方案的影響。 常用 MEMS 材料及其性能特點： 詳細介紹適用於 MEMS 微彈性元件的常見材料，包括矽（單晶矽、多晶矽）、氮化矽、二氧化矽、金屬（如金、鋁）等。我們將對比這些材料的力學性能（彈性模量、抗拉強度、泊鬆比）、熱學性能、電學性能以及與微加工工藝的兼容性。 微加工工藝對材料性能的影響： 探討不同微加工工藝（如高低溫退火、錶麵處理等）對材料微觀結構和宏觀性能可能産生的影響。例如，退火工藝如何改變多晶矽的晶粒尺寸和力學性能。 材料選擇與工藝的權衡： 強調在實際設計中，材料的選擇與微加工工藝的可用性之間需要進行權衡。我們將提供一些指導原則，幫助讀者根據具體的設計需求和工藝條件，選擇最閤適的材料組閤。 新材料與新工藝的展望： 簡要介紹一些正在興起的 MEMS 材料和工藝技術，以及它們在引信 MEMS 微彈性元件設計領域可能帶來的新機遇。 本書旨在為讀者提供一套嚴謹、係統的引信 MEMS 微彈性元件設計方法論。我們鼓勵讀者在學習理論知識的同時，結閤實際的仿真工具和可能的實驗條件，進行深入的思考和實踐。本書並非一本操作手冊，而是希望通過詳實的理論闡述，幫助讀者建立起獨立的設計能力和解決問題的能力。 通過本書的學習，讀者將能夠： 深入理解 MEMS 技術在引信領域的核心作用，特彆是微彈性元件的關鍵地位。 掌握分析和計算微彈性元件力學性能的基本方法。 熟悉各類 MEMS 微彈性傳感和驅動元件的設計原理。 瞭解影響元件性能的關鍵設計參數和工藝因素。 能夠初步進行引信 MEMS 微彈性元件的初步設計與仿真分析。 本書內容側重於基礎理論和通用設計方法，不包含特定型號引信的詳細設計方案、實物樣機製造、性能測試的具體流程、或者戰場應用場景的詳細分析。讀者在掌握本書內容後，可進一步結閤具體的引信係統需求，進行更深入和專業的研發工作。

評分☆☆☆☆☆

這絕對是一本能夠點燃你對精密工程熱情的書。書中對引信MEMS微彈性元件的探討，讓我領略到瞭微觀世界裏蘊藏的巨大能量和無限可能。作者在解釋復雜的力學原理和材料特性時，展現瞭非凡的闡述能力，將原本深奧的知識變得易於理解和消化。我喜歡書中那種對細節的極緻追求，以及對每一個設計決策背後邏輯的清晰剖析。它不僅僅是介紹技術，更是在講述一個關於創新和突破的故事。閱讀過程中，我仿佛能感受到作者在每一次實驗、每一次設計中所付齣的努力和熱情。這本書讓我看到瞭未來引信技術的發展趨勢，特彆是MEMS技術在提升引信的精度、可靠性和智能化水平方麵所扮演的關鍵角色。它鼓勵我們跳齣固有的思維模式，以全新的視角去審視和解決工程問題，絕對是一本值得反復品讀的佳作。

評分☆☆☆☆☆

自從收到這本書以來，我便沉浸在其深邃的知識海洋中，每一頁都充滿瞭智慧與啓迪。書中所涵蓋的關於引信MEMS微彈性元件的設計理念，以一種極其精闢和富有遠見的方式呈現瞭該領域的最新進展。我驚喜地發現，作者在處理復雜的技術概念時，總能找到最恰當的比喻和最生動的語言，使得理論與實踐之間産生奇妙的化學反應。它不僅僅是一本技術指南，更像是一位經驗豐富的導師，循循善誘地引領我走進一個充滿挑戰和機遇的領域。我對書中對於元件的材料選擇、性能測試以及失效分析的細緻講解印象尤為深刻，這些都充分體現瞭作者在實踐中的積纍和理論上的造詣。這本書讓我對引信的微型化、集成化以及智能化發展有瞭更深層次的理解，並且更加堅信MEMS技術將是未來引信技術發展的主流方嚮。

評分☆☆☆☆☆

這是一本令人驚嘆的著作，它以一種我從未預料到的方式深入淺齣地探討瞭MEMS技術在現代引信設計中的應用。書中的內容，雖然我在此無法一一詳述，但其核心思想，即如何通過微機電係統（MEMS）技術來優化和革新引信的彈性元件，無疑為整個行業帶來瞭新的視野。我尤其贊賞作者在理論講解與實際應用之間的精妙平衡，使得即使是初學者也能逐步掌握復雜的設計原理，而經驗豐富的工程師也能從中獲得啓發。書中對材料選擇、製造工藝、以及性能預測的細緻分析，讓我對引信設計的復雜性和精密度有瞭全新的認識。每一次閱讀，似乎都能發現新的細節和深刻的見解。這本書不僅僅是一本技術手冊，更像是一次思想的啓迪，讓我對未來引信技術的發展充滿瞭期待，也更加肯定瞭MEMS技術在其中扮演的關鍵角色。它的存在，為研究和開發人員提供瞭一個堅實的基礎，推動著我們不斷突破技術瓶頸，邁嚮更智能、更高效的引信係統。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，在我翻開這本書之前，我對MEMS技術在引信領域的實際應用知之甚少，甚至覺得它是一個相當晦澀難懂的領域。然而，這本書以一種極其引人入勝的方式，將原本可能枯燥的技術概念變得生動有趣。作者巧妙地運用瞭大量的圖示和案例分析，將抽象的理論轉化為直觀的理解。我能夠感受到作者在組織內容時所付齣的心血，每一個章節都如同精心打磨的寶石，閃爍著智慧的光芒。更重要的是，這本書不僅僅關注技術本身，還深入探討瞭其背後的工程哲學和設計理念。讀完這本書，我仿佛看到瞭引信設計從傳統的機械結構嚮高度集成化、智能化方嚮的轉變，而MEMS正是這場變革的核心驅動力。書中對各種傳感器、執行器以及信號處理單元的集成方式的闡述，讓我對未來引信的微型化、多功能化充滿瞭信心。它不僅僅是一本學習資料，更是一次對工程智慧的緻敬。

評分☆☆☆☆☆

初次接觸這本書，我就被其嚴謹的學術風格和前沿的技術洞察力所吸引。作者在引信MEMS微彈性元件設計方麵的深入研究，展現瞭其在該領域深厚的學術功底和獨到的見解。書中對各類微彈性元件的設計原則、結構優化以及性能評估進行瞭詳盡的論述，為該領域的科研人員和工程師提供瞭寶貴的參考。我個人尤其欣賞作者在分析復雜問題時所展現齣的邏輯清晰和條理分明，使得讀者能夠循序漸進地理解每一個環節。這本書不僅僅是知識的羅列，更是一種思維方式的引導，它鼓勵讀者去探索、去創新，去挑戰現有技術的邊界。它讓我意識到，在現代科技飛速發展的今天，微彈性元件的設計不僅僅是工程技術的體現，更是對物理學、材料學等多學科知識的綜閤運用。這本書無疑將成為引信MEMS領域不可或缺的重要參考著作，為推動該領域的研究和發展奠定堅實的基礎。