电磁式微型冲击加载测试系统研制及在MEMS器件动态力学性能研究中的应用

批准号:
11372037
项目类别:
面上项目
资助金额:
106.0 万元
负责人:
刘战伟
依托单位:
学科分类:
A0812.实验固体力学
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
戴福隆、何光、李传崴、于琦、陈喜民、黄先富、吴辰龙
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中文摘要
MEMS引信服役在高达数万g的极端加速度与高低温环境中,其在服役环境下的可靠性研究相对滞后,制约着引信技术的进一步发展。由于微型冲击加载与测试系统和技术的缺乏,MEMS微器件的制作材料在高应变率下的动态力学性能研究难以开展,对MEMS引信及其关键微器件的动态特性深入研究陷入瓶颈。本项目立足于发展MEMS微器件及其制作材料动态力学性能研究的冲击加载、测试技术与系统。全面系统的开展基于电磁脉冲多级发射的微型高g值高低温加载环境系统、微型霍普金森拉压杆系统的研制工作;发展针对于高g值冲击载荷下微器件变形分析的高速显微光学测量技术与系统;利用研制的系统对MEMS微弹簧及其制作材料、典型MEMS引信安保机构的动态特性进行系统研究,分析MEMS引信安保机构和微弹簧在不同的高g值高低温载荷下的动态响应模式,揭示其失效机理,为MEMS引信及其关键微器件的安全可靠的服役提供坚实的基础。
英文摘要
MEMS fuze is usually served in harsh environment of undergoing high/low-temperature and high-g acceleration up to several tens thousands. Investigation of the security and reliability during the launching circumstances is relatively lagging behind, which restrict its development. The study on dynamic mechanical properties of MEMS material under high strain rate are difficult to carry on because of the lack of mini impact test systmes and techniques, which makes the further study of dynamic failure of the MEMS fuze run into a bottleneck. This project is devoting to developing mini impact test systems and techniques for investigating dynamic mechanical properties of MEMS fuze and its producing materials. The miniature high-g and high/low-temperature loading systems, and the mini SHP/TB systems will be developed based on multi-stage electromagnetic launching. The high speed microscopic optical measurement system and techniques will also be developed, which are for dynamic deformation analysis of micro devices under impact loading. Using the developed systems, the dynamic response of typical MEMS fuze and micro springs as well as its producing material under different accelerations and temperature will be investigated, and the mechanism of the failure mechanisms can be revealed, which will provide a solid foundation for the secure and reliable serving of MEMS fuze and its key devices.
微结构、微器件常常工作在数万g的极端加速度与高低温环境中,其在服役环境下的性能可靠性研究急需发展相应的实验技术与测试设备。本项目系统研究并开发了磁阻式微型动态实验研究平台。首先仿真分析了单级线圈发射模型的加速机理,优化了影响子弹发射速度的各个线圈参数。通过对电磁脉冲多级发射的新技术探索,实现了子弹多级自动接力发射。创新提出了光控多级多绕电磁驱动线圈阵列发射系统设计思路,对放电电流波形进行了优化设计,彻底解决了子弹发射过程中涡流减速力的影响,极大地提高了发射效率和发射安全性,实现了两级约30m/s的子弹最大出口速度,满足了绝大部分高应变率霍普金森杆实验对冲击速度的需求。. 基于优化参数自主研制了磁阻式微型 Hopkinson 拉杆/压杆装置、巧妙设计了拉压一体化三杆件系统、拉压双层多功能微型霍普金森杆系统、磁阻式微型高低温高G值冲击加载与测试系统等多套设备与系统;利用研制的系统实验研究了Kevlar纤维动态力学性能、获得了MEMS平面微弹簧制作材料(LIGA镍材料)在高应变率下的动态应力应变本构关系,以及钛镍形状记忆合金不同应变率下的应力-应变曲线以及剪切带演化行为。发展了MEMS 微弹簧动态变形过程中角点特征提取算法,实验表征了高g值加载下MEMS平面微弹簧的动态特性和失效行为;实验研究了典型MEMS引信安保机构在温度与冲击载荷耦合环境下的动态机动过程,为MEMS引信安保机构及其关键微器件在模拟服役环境下的安全可靠性评估提供了坚实的基础。. 在本项目执行期间,相关的工作共授权或申请国家发明专利8项、软件著作权1项,发表相关论文12篇、其中SCI 论文10篇。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Shear Band Evolution in Polymer Bonded Explosives Subjected to Punch Loading
聚合物粘结炸药在冲切载荷作用下的剪切带演变
DOI:10.1111/str.12186
发表时间:2016-12
期刊:STRAIN
影响因子:2.1
作者:Liu Z. W.;Zhang H. Y.;Xie H. M.;Li K. X.
通讯作者:Li K. X.
A mini desktop impact test system using multistage electromagnetic launch
采用多级电磁发射的迷你桌面冲击测试系统
DOI:10.1016/j.measurement.2013.11.029
发表时间:2014-03-01
期刊:MEASUREMENT
影响因子:5.6
作者:Liu, Zhanwei;Chen, Ximin;Xie, Huimin
通讯作者:Xie, Huimin
TEM nano-Moire evaluation for an invisible lattice structure near the grain interface
晶粒界面附近不可见晶格结构的 TEM 纳米莫尔条纹评估
DOI:10.1039/c7nr04262k
发表时间:2017
期刊:NANOSCALE
影响因子:6.7
作者:Zhang Hongye;Wen Huihui;Liu Zhanwei;Zhang Qi;Xie Huimin
通讯作者:Xie Huimin
DOI:10.1007/s11340-017-0326-7
发表时间:2017
期刊:Experimental Mechanics
影响因子:2.4
作者:J. Dong;Zhanwei Liu;J. Gao
通讯作者:J. Dong;Zhanwei Liu;J. Gao
DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2016.04.043
发表时间:2016
期刊:航空制造技术
影响因子:--
作者:刘战伟;朱文颖;石文雄;谢惠民
通讯作者:谢惠民
不同偏离角度镍基单晶高温合金疲劳失效行为研究
- 批准号:12372178
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:53万元
- 批准年份:2023
- 负责人:刘战伟
- 依托单位:
STEM三维云纹法及在单晶高温合金损伤行为研究中的应用
- 批准号:11972084
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:68.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:刘战伟
- 依托单位:
微重力环境下充液航天器液体晃动特性可视化观测技术研究与设备研制
- 批准号:11572041
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:108.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:刘战伟
- 依托单位:
电子波干涉新技术研究及在微尺度力学性能表征中的应用
- 批准号:11072033
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:40.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:刘战伟
- 依托单位:
高聚物粘结炸药在温度和低冲击耦合载荷作用下动态响应的实验研究
- 批准号:10602010
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:27.0万元
- 批准年份:2006
- 负责人:刘战伟
- 依托单位:
国内基金
海外基金
