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基于MEMS器件长/短脉宽冲击等效试验方法研究

基于MEMS器件长/短脉宽冲击等效试验方法研究

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作者：郭萃中北大学

学位级别：硕士

极端恶劣高过载环境下冲击过载脉宽往往可达十几毫秒,而诸如Hopkinson杆和空气炮的实验室过载试验方法只能模拟百微秒至毫秒量级的冲击环境,与十几毫秒的高过载长历时环境相差甚远,因此迫切需要一种等效冲击的试验方法来对实际环境进行... 详细信息

极端恶劣高过载环境下冲击过载脉宽往往可达十几毫秒,而诸如Hopkinson杆和空气炮的实验室过载试验方法只能模拟百微秒至毫秒量级的冲击环境,与十几毫秒的高过载长历时环境相差甚远,因此迫切需要一种等效冲击的试验方法来对实际环境进行预估。本文针对MEMS器件在冲击环境中具有良好动态性能的特点,提出了Hopkinson杆百微秒以内的短脉宽高峰值冲击和极端环境下十几毫秒的长脉宽低峰值冲击的等效试验模型;并通过对加速度传感器的动态力学仿真和Hopkinson杆的冲击试验,验证了冲击等效模型的有效性。总体思路如下:首先,根据悬臂梁结构的冲击动力学模型与能量传递过程中的变化,提出基于“有效冲击能量和”的等效冲击分析方法,得到长脉宽低峰值和短脉宽高峰值的冲击等效模型。其次,将冲击等效模型应用到MEMS器件当中,利用ABAQUS有限元仿真软件分析加速度传感器动态响应过程,计算该器件在满足冲击等效模型下不同冲击的“有效冲击能量和”,验证了冲击等效模型的有效性。最后,通过Hopkinson杆动态测试装置获得加速度传感器在不同冲击信号下的动态力学响应,试验结果与仿真结果高度吻合,相对误差小于10%。证明了冲击等效模型是可行的。研究长/短脉宽冲击等效方法,可以预估器件在极端恶劣环境下的动态响应,提高器件的可靠性和试验的成功率,突破实弹射击和Hopkinson杆试验方法之间过载脉宽不匹配、难以实现等效性评估的局限性,为形成高过载力学测试环境等效方法提供理论和技术支撑。

关键词： MEMS器件 Hopkinson杆冲击等效长/短脉

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