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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