2.5 本章小结 17

3  微机电引信安全与解除保险装置结构件有限元分析 18

3.1 有限单元法基本原理与ANSYS软件简介 18

3.2 后坐保险机构的有限元仿真 19

3.2.1 后坐保险结构一的动态仿真 19

3.2.2 后坐保险结构二的动态仿真 22

3.3离心保险机构的有限元仿真 24

3.3.1 中间隔爆板的仿真 24

3.3.2 两侧离心销的仿真 26

3.4 本章小结 29

4  关于MEMS安全保险机构进一步改进的方案 30

结    论 31

致    谢 32

参考文献 33

 1  绪论

1.1  本文的研究领域及研究背景

1.1.1 MEMS技术的特点

MEMS系统是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统[1]。如图1.1。

 MEMS不仅仅是宏观机械结构的微小型化，它是通过微小型化和模块化来实现原理比较新颖、功能较为全面的集成系统，开发出新的技术领域和产业。微机械学、微电子学、微动力学、微热力学、微流体力学、微光学、微结构学、微摩擦学和微生物学等共同组了MEMS的理论基础。

MEMS技术的发展非常快速，它的起源可以追溯到1959年美国物理年会上Richard P. Feynman所作的题为“There is plenty of room at the bottom”的报告[2]。目前，美国、日本、德国在MEMS技术的研究和应用上占据世界领先地位。与传统的机电系统相比，MEMS系统具有以下特点：

（a）微小型化。MEMS机构和元器件体积小、重量轻、易于实现模块化，并且精度高、能耗低、响应快。

（b）制造材料性能稳定。MEMS材料以硅为主流，硅的性能优越，稳定性高，强度、硬度、杨氏模量与铁类似，密度与铝相当，热传导率与钼和钨相似。

（c）耗能低，灵敏度和效率高。完成相同的工作任务，MEMS的能量消耗仅为传统机电系统的十分之一甚至更小，而运行速度和加速度却可达十倍以上。MEMS信号延时很小，更适合在高速环境下工作。

（d）批量生产的成本低。用硅微加工工艺可一次性制成大量完全相同的MEMS零部件，大大降低制造成本。

（e）集成化程度高。在MEMS系统中，可以把不同功能的多个传感器、执行器等器件集成于一体，或以阵列的方式将多种不同的元器件组合在一起，最后组成高集成化的多功能系统。

1.1.2 引信安全系统的发展历程

引信安全系统是引信的重要组成部分，它的功能是保证平时勤务处理及发射使用中的安全，包括对发火控制系统的保险、对爆炸序列的隔爆、对隔爆机构的保险等。

根据引信作用方式的不同进行分类，主要有机械式、机电式和电子式三种形式的引信安全系统[3]。

(a)机械式安全系统

在早期的机械式引信中，安全系统中的保险元件称作敏感元件，这是为了利用发射过程中的惯性力。保险元件在惯性力作用下，克服约束件形成一定位移，隔爆件释放，解除对发火机构的约束，使引信解除保险。机械式安全系统中，保险结构包括惯性保险结构、双行程直线保险机构、互锁卡板机构、曲折槽机构、双自由度后坐保险机构等。采用离心保险的机械式安全系统与后坐保险机构具有类似的原理，利用弹丸高速旋转产生的离心力解除引信保险