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MEMS后坐保险机构在高冲击环境下的失效模式

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探测与控制学报 2016年第6期38卷 15-19页

作者：刘加凯李娜武警工程大学装备工程学院陕西西安710086 武警工程大学理学院陕西西安710086

针对金属基MEMS后坐保险机构在高冲击环境下的作用可靠性问题,采用瞬态动力学方法对MEMS后坐保险机构在发射和跌落环境下的失效模式进行了仿真及马希特锤冲击试验。仿真和试验结果表明,在发射环境下,当MEMS后坐保险机构的卡头进入卡槽时... 详细信息

针对金属基MEMS后坐保险机构在高冲击环境下的作用可靠性问题,采用瞬态动力学方法对MEMS后坐保险机构在发射和跌落环境下的失效模式进行了仿真及马希特锤冲击试验。仿真和试验结果表明,在发射环境下,当MEMS后坐保险机构的卡头进入卡槽时,在卡头翼片的转弯处会产生较大的塑性变形,易造成卡头不能被可靠锁定的失效模式;在跌落环境下,由于弹簧上端拐角处发生了较大的塑性变形,使后坐滑块不能在弹簧回复力的作用下恢复原位,导致后坐滑块已实际解除对离心滑块的约束。最后,对MEMS后坐保险机构中易产生塑性变形的原因进行了分析。

关键词： MEMS引信后坐保险机构高冲击环境失效模式

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引信后坐保险机构斜置设计方案

探测与控制学报 2016年第5期38卷 10-14页

作者：刘宣闻泉王雨时张志彪南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

针对引信后坐保险机构安全和可靠解除保险之间的矛盾,提出了引信后坐保险机构斜置设计方案。该方案是将传统的轴线与引信轴线平行或重合的后坐保险机构相对于引信轴线斜置一定角度设置。应用刚体动力学理论分析了引信后坐保险机构斜置... 详细信息

针对引信后坐保险机构安全和可靠解除保险之间的矛盾,提出了引信后坐保险机构斜置设计方案。该方案是将传统的轴线与引信轴线平行或重合的后坐保险机构相对于引信轴线斜置一定角度设置。应用刚体动力学理论分析了引信后坐保险机构斜置设计动态特性,并给出了算例。仿真验证结果表明:后坐保险机构斜置设计有助于提高勤务处理弹丸和引信意外跌落时引信安全性,即有助于提高引信防止意外解除保险的性能,而正常解除保险性能不会受到影响。

关键词：引信后坐保险机构安全性

基于正交试验的硅基MEMS齿形后坐保险机构参数敏感性

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探测与控制学报 2024年第3期46卷 45-54页

作者：张越聂伟荣王鹤南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为了对硅基MEMS后坐保险机构进行优化设计和性能研究,基于正交试验与有限元仿真软件相结合的方法,选择齿高、齿宽、弹簧线宽、闭锁梁宽、锁钩间距、初始距离这6个设计参数,对后坐保险机构在正常发射和勤务跌落载荷下的位移和应力的影响... 详细信息

为了对硅基MEMS后坐保险机构进行优化设计和性能研究,基于正交试验与有限元仿真软件相结合的方法,选择齿高、齿宽、弹簧线宽、闭锁梁宽、锁钩间距、初始距离这6个设计参数,对后坐保险机构在正常发射和勤务跌落载荷下的位移和应力的影响进行参数敏感性分析。通过极差分析与方差分析,定量地给出了后坐保险机构各参数对结构在不同冲击载荷下的影响。结果表明,齿高的影响最显著,是影响后坐保险机构位移与应力响应的最主要因素;初始距离、弹簧线宽、齿宽是影响勤务跌落最大位移的次要因素;其他因素均对正常发射与勤务跌落载荷下位移和应力不显示显著性。在相对少的试验次数中定量得出不同设计参数对硅基后坐保险机构的影响大小,对多参数双目标的硅基后坐保险机构优化提供了一定的参考。

关键词：参数敏感性后坐保险机构正交试验设计有限元仿真结构优化

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极低过载引信无返回力矩擒纵后坐保险机构

探测与控制学报 2023年第1期45卷 44-49页

作者：艾志远李世中杨超张冬梅常慧珠中北大学机电工程学院山西太原030051 江南工业集团有限公司湖南湘潭411207

针对极低发射过载下引信安全系统的环境利用和保险问题,采用一种无返回力矩钟表机构和质量重块相结合的后坐保险机构,通过结构参数优化和设计,对保险机构在勤务处理环境和发射环境下的运动特性进行了仿真分析。通过Adams动力学仿真表明... 详细信息

针对极低发射过载下引信安全系统的环境利用和保险问题,采用一种无返回力矩钟表机构和质量重块相结合的后坐保险机构,通过结构参数优化和设计,对保险机构在勤务处理环境和发射环境下的运动特性进行了仿真分析。通过Adams动力学仿真表明,该机构在极低过载发射环境中效果良好,其勤务处理安全性和发射可靠性均能满足使用要求,解决了极低过载发射弹药使用后坐保险机构的适应性问题。

关键词：引信极低过载后坐保险机构无返回力矩钟表机构

冲击载荷下引信MEMS后坐保险机构动态响应过程表征方法

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探测与控制学报 2023年第3期45卷 31-36页

作者：秦添钰聂伟荣雷胜洪曹云席占稳南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

针对引信MEMS安全系统中后坐保险机构在正常发射载荷和勤务跌落载荷下的运动过程难以表征的问题,建立了一种基于瑞利商方法的后坐保险机构理论模型。该方法能够准确计算悬臂质量块式后坐保险机构的固有频率,并完整预测机构在冲击载荷作... 详细信息

针对引信MEMS安全系统中后坐保险机构在正常发射载荷和勤务跌落载荷下的运动过程难以表征的问题,建立了一种基于瑞利商方法的后坐保险机构理论模型。该方法能够准确计算悬臂质量块式后坐保险机构的固有频率,并完整预测机构在冲击载荷作用下的位移时间过程曲线。仿真分析和实验结果表明,所得机构的位移时间曲线吻合度较高,其固有频率也具有一致性。因此该方法能够准确表征后坐保险机构在冲击载荷下的运动过程,为后坐保险机构的设计与研究提供理论指导。

关键词：微机电系统后坐保险机构动态过程瑞利商高速摄影

基于有限元法的MEMS后坐保险机构运动特性研究

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探测与控制学报 2006年第4期28卷 15-18页

作者：牛兰杰张建赵旭西安机电信息研究所陕西西安710065

阐述了一种基于MEMS设计的后坐保险机构的构造与作用原理,建立了动力学模型,并利用有限元软件ansys的ls-dyna模块对该保险机构进行了动力学仿真,对仿真结果进行了分析。结果表明,该后坐保险机构可以满足某小口径榴弹引信的使用要求。

关键词：引信后坐保险机构 ansys/ls-dyna 仿真

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引信曲折槽后坐保险机构理论研究

引信曲折槽后坐保险机构理论研究

作者：檀永杰南京理工大学

学位级别：硕士

引信曲折槽后坐保险机构结构简单、体积小,能够识别较大范围内的发射过载。曲折槽机构应用于发射过载较小的火箭弹、无后坐炮弹引信时,由于发射过载比跌落时的冲击过载小得多,所以能否保证勤务处理安全性与发射解除保险可靠性成了引信... 详细信息

引信曲折槽后坐保险机构结构简单、体积小,能够识别较大范围内的发射过载。曲折槽机构应用于发射过载较小的火箭弹、无后坐炮弹引信时,由于发射过载比跌落时的冲击过载小得多,所以能否保证勤务处理安全性与发射解除保险可靠性成了引信曲折槽后坐保险机构设计的难点。为了给引信曲折槽机构设计提供理论指导,详细分析了引信曲折槽后坐保险机构工作过程,应用刚体动力学理论建立了解除保险过程的数学模型,并利用龙格-库塔法对4种引信中的机构进行了数值解算。结果表明对引信曲折槽后坐保险机构所作的理论分析与工程实践中的试验结果一致。研究了在矩形脉冲作用下,机构运动完n段曲折槽而解除保险时,弹丸速度变化量与矩形脉冲的关系式。分别定量分析了该关系式中惯性筒簧刚度、惯性筒簧预压量、惯性筒质量、导向销与曲折槽间的摩擦系数、曲折槽角度等结构参数对结果的影响,得出了在小体积的条件下,改变惯性筒簧刚度、预压量和惯性筒质量对识别较小发射过载和延长解除保险时间较为有效的结论。数值模拟证实了引信曲折槽后坐保险机构应用于100g发射过载环境下是可行的。总结出了低发射过载环境下机构设计参数选取的原则,即在其它结构参数不变的情况下,适当减小惯性筒簧刚度、预压量、惯性筒质量可以使该机构应用于更低过载的发射环境。此外还设计了一种新型双自由度曲折槽后坐保险机构,能适用于导弹引信等极低发射过载环境,如在顺航向发射过载系数为10的场合。

关键词：引信曲折槽机构动力学数值分析后坐保险机构低发射过载

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引信双自由度后坐保险机构理论研究

引信双自由度后坐保险机构理论研究

作者：曹莹南京理工大学

学位级别：硕士

发射过载较小的火箭弹、追击炮弹和无后坐炮弹发射时的后坐力要远小于跌落时的冲击力，这增加了引信后坐保险机构识别发射环境和跌落环境的难度。如何有效解决勤务处理安全性与发射解除保险可靠性之间的矛盾成为低发射过载环境下引信后... 详细信息

发射过载较小的火箭弹、追击炮弹和无后坐炮弹发射时的后坐力要远小于跌落时的冲击力，这增加了引信后坐保险机构识别发射环境和跌落环境的难度。如何有效解决勤务处理安全性与发射解除保险可靠性之间的矛盾成为低发射过载环境下引信后坐保险机构设计的难点。双自由度后坐保险机构是一种结构简单、成本低廉、工艺性好的引信后坐保险机构。建立了引信双自由度后坐保险机构的动力学模型，利用数值算法分段解算双自由度后坐保险机构的运动微分方程组，根据得出的位移响应结果详细分析了机构的运动过程。运用数值模拟和软件仿真对前人文献中给出的4组设计参数进行了分析和比较，结果表明用龙格-库塔法分段解算运动微分方程组的方法能够正确得出机构的位移响应，从而真实地反映机构的运动过程。从理论上论证了双自由度后坐保险机构应用于极低发射过载环境(100g)的可行性;总结了极低发射过载下该类机构设计参数选取的规律。另外，对炮弹后坐过载曲线的拟合问题也进行了分析，用Logistic曲线以适当精度来拟合炮弹的内弹道曲线。对76种国产制式火炮弹药内弹道曲线拟合的结果表明，Logistic曲线能够较好地拟合内弹道的行程—时间曲线和速度—时间曲线。通过对大量拟合实例的分析和总结，得出了拟合内弹道曲线的Logistic函数通用公式。

关键词：引信保险机构双自由度系统后坐保险机构低发射过载机械振动减振 Logistic曲线

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引信螺旋槽后坐保险机构研究

引信螺旋槽后坐保险机构研究

作者：丁叶腾南京理工大学

学位级别：硕士

为了有效解决适用于低发射过载的迫击炮弹勤务处理安全性与发射解除保险可靠性之间的矛盾,通过参照典型后坐保险机构和滚珠丝杠机构,设计了引信螺旋槽后坐保险机构,并利用ADAMS软件对机构进行仿真分析研究。同时,该机构也可为小尺寸火... 详细信息

为了有效解决适用于低发射过载的迫击炮弹勤务处理安全性与发射解除保险可靠性之间的矛盾,通过参照典型后坐保险机构和滚珠丝杠机构,设计了引信螺旋槽后坐保险机构,并利用ADAMS软件对机构进行仿真分析研究。同时,该机构也可为小尺寸火箭弹引信和无后坐炮弹引信等的研制提供借鉴。跌落软目标时的冲击对低发射过载引信的影响较大,为总结裸态平底弹丸跌落水面目标规律,运用ANSYS/LS-DYNA软件对某100 mm口径杀爆弹及其缩放后口径为37mm口径、76 mm口径、155 mm口径裸态平底弹丸底向下跌落至无限深水域和跌落浅水面进行仿真计算,得出引信所受冲击过载加速度曲线,总结出裸态弹丸底向下跌落水面时的冲击响应特性,仿真结果可为低后坐过载引信设计提供参考。为保证迫击炮弹在勤务处理、攻击等过程中的保险和解除保险正确性,设计了一种可识别300 g发射过载环境的螺旋槽后坐保险机构,介绍了其结构和工作原理,并对机构解除保险过程进行了动力学分析和建立了数学模型,通过数值分析可知:发射过载作用下,滚珠沿螺旋轨道运动所需时间79 ms小于惯性部件运动至底部时间271 ms,故解除保险过程中,滚珠沿螺旋轨道的运动受到惯性部件中后坐筒的限制,即滚珠随惯性部件一同向下运动直至从出口滚出。经ADAMS软件仿真得:在发射过载作用下,在293ms时滚珠脱离,且至576 ms时后坐销收回,机构可靠解除保险。数值分析与仿真相比,滚珠脱离时间误差为7.5%。同时对机构在700 g、14000 g跌落过载作用下的运动情况进行了仿真分析,可知在跌落软、硬目标时机构均保险可靠。为探究螺旋槽后坐保险机构其他结构上的可能性,参照双自由度后坐保险机构和曲折槽后坐保险机构特点,对螺旋槽后坐保险机构设计了另外两种结构方案,并通过ADAMS软件对两方案进行仿真分析,最后对比三种机构设计方案,选择性能较优的方案一作为最终机构模型。为研究螺旋槽后坐保险机构参数对解除保险性能的影响,通过某数据处理软件和ADAMS软件就零件间的摩擦系数、滚珠直径、惯性部件质量、弹簧刚度、螺旋槽螺旋角度五个参数对机构解除保险性能的影响进行了仿真分析。结果表明:摩擦系数取值分别为0.05、0.10、0.15、0.20时,滚珠沿螺旋轨道运动至出口的时间分别为72 ms、94 ms、125 ms、173 ms,时间依次增大30.6%、33.0%、38.4%,即随着摩擦系数的增大,滚珠沿螺旋轨道运动至出口所需时间增长。滚珠直径由1.5 mm增大至2.5 mm,增大66.7%,滚珠沿螺旋轨道运动时间降低不足1 ms,降低不足1%,因而滚珠直径对滚珠沿螺旋轨道运动时间的影响较小。惯性部件质量取值为0.5 g、0.6 g、0.7 g时,滚珠脱离时间分别为276 ms、210 ms、163 ms,时间依次减少23.9%、22.4%,即增大惯性部件质量有利于减小滚珠脱离时间。弹簧刚度取值为0.11 N/mm、0.13 N/mm、0.15 N/mm、0.17 N/mm时,滚珠脱离时间分别为176 ms、206 ms、255 ms、300 ms,时间依次增大17.1%、23.8%、17.6%,因而随着弹簧刚度的增大,滚珠脱离时间增大。机构螺旋角度取值为18°、24°、30°时,滚珠沿螺旋轨道运动至出口所需时间依次为114 ms、65 ms、43 ms,时间依次减小43.0%、33.8%,因而随着螺旋槽螺旋角度的增大,滚珠沿螺旋轨道运动至出口所需时间减小。运用ADAMS软件将螺旋槽后坐保险机构参数作为设计变量,使用软件Insight模块对机构参数进行优化设计,以降低其识别最低发射过载。结果表明:优化后的螺旋槽后坐保险机构可识别150 g左右的发射过载,且在跌落软、硬目标时滚珠沿螺旋轨道运动速率降低以及被收回时其沿轴向下降位移减小,即优化后机构识别发射过载环境和跌落冲击环境能力提高。最后加工试验样品,进行跌落试验,仿真正确性得到验证。

关键词：引信螺旋槽跌落冲击机构动力学后坐保险机构低发射过载