第1章 绪论 1
1.1 引信MEMS安全系统简介 1
1.1.1 引信安全系统的定义及组成 2
1.1.2 引信MEMS安全系统的组成 3
1.1.3 引信MEMS安全系统的研究现状 5
1.1.4 引信MEMS安全系统的特点 7
1.2 引信微弹性元件的分类 8
1.2.1 微弹性梁 9
1.2.2 微弹簧 11
1.2.3 微闭锁机构 15
1.3 本章小结 19
第2章 微弹簧变形特性基础研究 20
2.1 常规弹簧的性能指标 20
2.1.1 弹簧的特性线和刚度 21
2.1.2 弹簧的变形能 22
2.1.3 弹簧的自振频率 22
2.2 引信中传统弹簧与微弹簧的区别 23
2.2.1 使用方法不同 24
2.2.2 固定方式不同 27
2.2.3 弹簧的性能参数不同 28
2.3 微弹簧的工作模式及结构形态 29
2.3.1 微弹簧在轴向的拉伸（压缩）变形 29
2.3.2 微弹簧的径向变形 30
2.3.3 微弹簧的法向变形 31
2.4 基于能量法的微弹簧刚度公式推导 31
2.4.1 能量法概述 32
2.4.2 不同工作模式下L形微弹簧的刚度系数 33
2.4.3 不同工作模式下S形微弹簧的刚度系数 39
2.5 基于单位载荷法的微弹簧刚度公式推导 42
2.5.1 L形微弹簧的刚度系数推导 42
2.5.2 S形微弹簧的刚度系数推导 47
2.6 微弹簧结构形状与刚度系数的关系 50
2.6.1 基本结构展开长度相同 51
2.6.2 基本结构整体宽度相同 55
2.7 本章小结 58
第3章 微弹簧的结构变异性设计 59
3.1 变截面微弹簧设计与分析 59
3.1.1 等强度梁的设计方法 60
3.1.2 变截面L形微弹簧的设计与分析 62
3.1.3 变截面S形微弹簧的设计与分析 66
3.2 非规则微弹簧设计及分析 67
3.2.1 非规则L形微弹簧的设计与分析 68
3.2.2 非规则S形微弹簧的设计与分析 72
3.3 本章小结 74
第4章 变刚度微弹簧的设计 75
4.1 螺旋弹簧变刚度实现方法 75
4.1.1 不等节距螺旋弹簧 76
4.1.2 圆锥形螺旋弹簧 76
4.1.3 变中径螺旋弹簧 77
4.1.4 圆锥涡卷螺旋弹簧 77
4.1.5 组合式变刚度螺旋弹簧 78
4.1.6 螺旋弹簧变刚度的实现方法 78
4.2 变刚度微弹簧的设计思路 79
4.3 变刚度微弹簧的设计与性能分析 81
4.3.1 带有接触对的变刚度微弹簧设计与分析 81
4.3.2 改进的变刚度微弹簧设计与分析 84
4.3.3 串联结构的变刚度微弹簧设计与分析 87
4.3.4 变刚度微弹簧特性曲线的三种形式 94
4.4 变刚度微弹簧在引信后坐保险机构中的应用探讨 94
4.4.1 后坐保险与平时安全的矛盾问题 94
4.4.2 变刚度微弹簧在后坐保险机构中的应用思路 97
4.4.3 变刚度微弹簧在火箭弹引信后坐保险机构中的应用举例 99
4.5 本章小结 105
第5章 压缩微弹簧的稳定性分析 107
5.1 结构的稳定性 107
5.1.1 稳定性研究概述 107
5.1.2 结构稳定性的基本概念 108
5.1.3 稳定问题的类型 110
5.1.4 失稳判断准则 113
5.2 压缩微弹簧的轴向临界失稳变形公式 114
5.3 基于有限元的微弹簧稳定性分析方法 117
5.3.1 仿真思路 117
5.3.2 仿真过程 117
5.3.3 微弹簧屈曲的基本形式 120
5.4 结构尺寸对失稳力的影响 121
5.4.1 厚度对失稳力的影响 121
5.4.2 弹簧节数对失稳力的影响 124
5.4.3 横梁宽度对失稳力的影响 125
5.4.4 线宽对失稳力的影响 126
5.4.5 内弯半径对失稳力的影响 127
5.5 其他因素对微弹簧稳定性的影响 129
5.5.1 边界条件对微弹簧稳定性的影响 129
5.5.2 结构形态对微弹簧稳定性的影响 131
5.6 本章小结 133
第6章 微弹簧的优化设计 134
6.1 微弹簧优化设计的过程 134
6.1.1 设计变量 135
6.1.2 约束条件 136
6.1.3 目标函数 137
6.1.4 结构优化设计的数学模型 137
6.1.5 微弹簧优化数学模型的形成 138
6.2 微弹簧的参数化建模 139
6.2.1 UG二次开发技术 140
6.2.2 UG参数化设计模块的开发方法 141
6.2.3 UG参数化设计模块的开发思路 142
6.2.4 参数化设计模块的工作流程 142
6.2.5 基于UG的三维参数化特征建模 143
6.2.6 参数化驱动的实现 146
6.3 微弹簧的参数化有限元分析 147
6.3.1 ANSYS参数化设计语言 148
6.3.2 有限元自动分析模块开发思路与方法 149
6.3.3 有限元自动分析模块的工作流程 149
6.3.4 生成输入文件（UpdateInputFile.exe） 151
6.3.5 ANSYS特征值屈曲分析（ModelAnalysis.exe） 152
6.3.6 结果读取（ReadResult.exe） 152
6.3.7 参数化有限元自动分析模块特点 152
6.4 参数化建模与仿真系统的集成 153
6.4.1 MATLAB简介 154
6.4.2 集成过程 155
6.4.3 参数化建模与仿真系统运行实例 156
6.5 微弹簧结构稳定性的优化设计 157
6.5.1 问题分析 157
6.5.2 数学模型的建立 158
6.5.3 基于MATLAB的优化设计 159
6.5.4 优化结果 162
6.6 本章小结 162
第7章 微闭锁机构的设计方法 163
7.1 微闭锁机构的动作原理及典型结构 163
7.1.1 MEMS微闭锁的动作原理 163
7.1.2 初始定位闭锁机构 165
7.1.3 终止定位闭锁机构 166
7.2 初始定位闭锁机构设计 168
7.2.1 竖直力作用下变截面悬臂梁的挠度计算公式 169
7.2.2 水平力作用下变截面悬臂梁的挠度计算公式 171
7.2.3 总拔出力 173
7.2.4 强度分析 173
7.3 终止定位闭锁机构设计 174
7.3.1 模式Ⅰ终止定位闭锁机构分析 174
7.3.2 模式Ⅱ终止定位闭锁机构分析 177
7.3.3 模式Ⅲ终止定位闭锁机构分析 179
7.3.4 三种模式终止定位闭锁机构的分析与比较 183
7.4 终止定位闭锁机构的动力学仿真 183
7.4.1 后坐保险机构的结构及尺寸 183
7.4.2 后坐保险机构的有限元模型 185
7.4.3 基于模式Ⅱ-1闭锁机构的后坐保险机构仿真结果 187
7.4.4 基于模式Ⅲ闭锁机构的后坐保险机构仿真结果 190
7.5 本章小结 197
第8章 微弹性元件试验方法 198
8.1 微弹性元件的几何尺寸检测 198
8.2 微弹性元件材料力学性能检测 203
8.2.1 MEMS材料力学性能检测的必要性 203
8.2.2 MEMS材料力学性能检测方法 205
8.3 微拉伸法测量材料力学性能 207
8.3.1 试验装置与试验原理 207
8.3.2 微拉伸试样的结构设计 210
8.3.3 试验结果及分析 214
8.4 压痕法测量材料力学性能 217
8.4.1 试验装置及试验原理 217
8.4.2 试验结果及分析 219
8.4.3 拉伸法与压痕法的比较 224
8.5 本章小结 225
第9章 微弹簧的疲劳特性检测 226
9.1 弹簧疲劳特性研究的理论基础 226
9.1.1 变应力的类型和特性 227
9.1.2 疲劳曲线 228
9.1.3 影响弹簧疲劳强度的因素 229
9.1.4 微弹簧疲劳失效概述 230
9.2 微弹簧疲劳试验方案 231
9.2.1 试验装置 231
9.2.2 试验输入 232
9.3 试验结果及分析 232
9.3.1 S形微弹簧疲劳试验结果 232
9.3.2 W形微弹簧疲劳试验结果 234
9.3.3 长城形微弹簧疲劳试验结果 235
9.3.4 试验结果分析 236
9.3.5 微弹簧的疲劳断裂位置分析 237
9.4 本章小结 238
附录 239
附录1 UpdateGeoModel程序 239
附录2 apdl_refresh程序 246
附录3 ansys_start程序 249
附录4 ReadResult程序 250
附录5 ObjFunc函数 252
附录6 ModifyInputFile函数 253
附录7 ReadOutput函数 254
附录8 OptModel函数 254
附录9 ObjCon函数 255
参考文献 256