基于激光近感探测的远距离捕捉网弹设计

为了克服传统捕捉网系统作用距离近、捕捉效果差等缺点,依托38 mm防暴枪,基于激光近感探测原理,开展远距离捕捉网弹设计,分析了捕捉网弹系统的总体结构并进行关键部件设计,利用ANSYS/LS-DYNA仿真软件模拟仿真,对捕捉网效能进行评估。远距离智能化捕捉网弹系统能够极大拓展捕捉网系统的应用场景,为遂行执勤、处突等任务提供有效装备支撑。

张开可控式捕捉网弹设计及仿真分析

针对现有捕捉网弹存在的抛撒时机不可控、处置不灵活等问题,设计一种基于近感探测技术的张开可控式捕捉网弹;基于捕捉网绳承拉不承压的力学特点,建立了虑空气动力及重力影响下的捕捉网动力学模型,对其展开过程进行了仿真分析,并重点分析了地面风速对捕捉网展开效果的影响。结果表明:捕捉网在展开过程中展开面积先增大后减小,在年平均地面风速作用下,横风基本对捕捉网展开过程无影响;而相对于无风条件,顺风会使捕捉网有效工作距离增加23.0%,逆风使捕捉网有效作用距离减小20.9%。

电击非致命武器装备技术体系研究

针对电击非致命武器研究现状、发展趋势及存在的不足,提出目前急需构建电击非致命武器装备技术体系的需求。对电击非致命武器装备进行层级分解,以装备结构为基础进一步明确装备技术需求,通过基于技术分解结构方法(technology breakdown structure,TBS)技术要素得到的装备技术体系方案,依据装备技术项目阶段划分与技术要素成熟度的关系,结合技术要素的发展趋势和技术成熟度,描绘出电击非致命武器装备技术体系设计方案。结果表明,该研究可为电击非致命武器装备发展提供技术参考。

可靠性强化试验的机理探析

概括地介绍了可靠性强化试验,分析了可靠性强化试验的理论基础以及两类强化模型——Arrhenius模型和Miner标准模型,研究了可靠性强化试验的机理,并分析了各种试验应力(包括高低温、温度循环、振动、湿度和综合应力)与诱发故障模式之间的关系。

基于ANSYS仿真的引信振动强化试验夹具设计

在引信振动强化试验中,对夹具的性能具有很高的要求。利用夹具设计理论对夹具所用材料、结构进行分析,并在有限元分析的基础上,利用ANSYS软件对所设计的引信夹具进行了模态分析,得出了夹具的固有频率,使之能够满足引信强化振动试验的要求。通过实验验证了仿真的有效性,从而为引信夹具的设计提供了一种新的方法。

温度应力对MEMS器件分层失效的影响规律

通过分析MEMS器件多层结构界面裂纹疲劳扩展的影响因素及温度应力对界面疲劳的影响机理,建立了温度应力对分层失效影响的理论模型,并建立了双材料结构层的有限元分析模型,研究了温度应力对界面裂纹疲劳扩展的影响规律。研究结果表明:在温度应力作用下,裂纹易沿界面方向扩展;温度幅值升高,裂纹疲劳扩展速率呈指数关系增大;裂纹从形成初期到扩展至分层失效的过程中历经较慢扩展、相对平稳扩展和快速扩展三个阶段。

MEMS后坐保险机构存在的问题及解决方法

在模拟勤务处理跌落过程的锤击试验中,MEMS后坐保险机构已解除对离心滑块的约束,使后坐保险实际解除。为使问题再现,利用弹塑性非线性模型对后坐保险机构在跌落过程中的运动特性进行了仿真。仿真结果表明,在半正弦加速度脉冲作用下,弹簧上端拐角处发生了较大的塑性变形,导致弹簧伸长而使后坐滑块不能恢复至原位。针对此问题,通过对后坐保险机构的结构特点进行分析,提出了相应的解决方法,即后坐滑块须运动到位后才能完全解除对离心滑块的约束。

MEMS安全系统的解除保险方式

MEMS安全系统是微机电技术在引信中应用的一个重要方面,根据微机电技术在安全系统中的应用特点,将MEMS安全系统的解除保险方式分为机械式和机电式两种类型,并对各类型典型装置的结构特点和作用原理进行了分析。重点归纳了如何利用惯性力实现冗余保险解除,如何采用电磁、电火工、电热、形状记忆合金等驱动方式实现延期解除保险,并对各种解除保险方式的优缺点进行了比较。

引信MEMS机构可靠性强化试验方法

MEMS机构具有体积小、批量生产、成本低等优点,非常适合引信的发展要求,但其可靠性问题限制了其应用且目前还没有标准化的可靠性试验方法。针对此现状,提出了将强化试验方法引入引信MEMS机构的可靠性研究。确定了可靠性强化试验的内容为温度循环、随机振动和冲击试验,分别参照GJB548B、GJB573A等国家军用标准设计了试验剖面。MEMS惯性开关试验结果表明:所设计的可靠性强化试验方法能够快速有效地激发惯性开关的潜在缺陷,暴露其薄弱环节,对下一步的改进工作具有指导意义。

气囊动能弹致伤效应分析

为考核气囊动能弹的致伤效应,首先利用控制容积法对气囊静态充气膨胀过程进行了仿真分析,所设计的气囊系统能够在10 ms内完成充气膨胀,形成半轴长分别为60 mm、60 mm、50 mm的椭球形气囊。其次,利用ANSYS/LS-DYNA软件对气囊动能弹以70 m/s、80 m/s、90 m/s的初速对人体的动态打击效应开展了仿真研究,得到了气囊动能弹的打击效果图、应力分布云图等,仿真表明速度为80 m/s条件下气囊动能弹具有良好的非致命效应和打击效果。

MEMS后坐保险机构在高冲击环境下的失效模式

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。

非硅MEMS惯性开关可靠性研究

非硅MEMS惯性开关具有体积小、成本低、可批量生产以及强度和导电性能较好的优点,但其可靠性问题制约了其应用领域。通过开展非硅MEMS惯性开关的可靠性实验(包括温度循环实验和随机振动实验),找出其主要失效模式为分层。通过对失效部位进行分析,并利用有限元方法分析器件上的应力分布,研究了相应的失效机理。研究结果表明:引发惯性开关分层失效的主要原因是层间产生疲劳效应,温度循环应力会使惯性开关各层间由于热膨胀系数失配而产生疲劳,而振动应力则直接加载在惯性开关上而使其产生疲劳;惯性开关中铬层与铜层之间最易发生失效,而分析表明该层间界面处热应力最大;经历温度循环实验和振动实验的惯性开关相较只经历一种实验的样本更容易失效,进一步说明了温度循环应力会使开关层间发生疲劳,而振动应力则会引起应力集中而加速分层失效。

多层薄膜结构中的热应力分析

针对当前无法分析MEMS多层薄膜结构中热应力的现状,通过修正Suhir.E提出的双金属带热应力分布理论,提出了MEMS多层薄膜结构的热应力分布模型,该模型适用于评估MEMS多层结构中热应力分布规律,同时为采取合理措施减小应力提供了理论支持。在温度载荷作用下,多层薄膜结构中将产生正应力、剪应力和剥离应力的作用,应力变化主要集中在界面端处。其中,正应力分布于各层内,随与中心点距离的增大呈指数减小,在端面处急剧减小至最小值;剪应力和剥离应力则主要分布于各层界面上,随与中心点距离的增大呈指数增大,在界面端处达到最大值。最后,开展了由四种材料(玻璃、铬、铜、镍)组成的多层薄膜结构的热力学仿真分析,验证了所建立解析模型的正确性,以及各应力在多层结构中的分布规律。

38mm空爆式防暴弹设计与分析

针对当前爆炸型防暴弹药存在"作用效果受限、爆心位置过度伤害、安全性和可靠性差、容易被对方捡弹后返投"等缺点,设计了38mm空爆式防暴弹药,该空爆式防暴弹是利用防暴枪发射,采用激光近感探测原理实现弹药定点空爆,利用主装药对目标实施非致命打击的一种低成本智能化弹药。38mm空爆式防暴弹能够克服传统防暴弹的缺点,提高非致命弹药的使用性能和智能化水平,为武警部队遂行任务提供有力的装备保障,具有较高的现实价值和军事意义。

MEMS多层结构的热应力分析

温度载荷能够引起MEMS多层薄膜结构发生翘曲和分层等失效模式,而界面应力则是引起这些失效的直接原因。根据Suhir.E的双金属带热应力分布理论,对温度载荷作用下MEMS界面中的剪应力和剥离应力的分析表明,这两种应力随着与界面中心距离的增大呈指数增加,在界面端处达到最大值。界面应力与材料热膨胀系数和所加载温度呈线性相关,另外还与两材料层的厚度密切相关。以铜/铬组成的双层结构为例,利用Matlab数值仿真研究了界面应力与材料层厚度的关系,结果表明,界面应力与两材料层厚度比有关,当铜层和铬层厚度比为1.5时,层间剪应力和剥离应力均较小,可有效提高MEMS结构的可靠性,降低分层失效的概率。

可靠性强化试验理论分析及其在引信中的应用

通过对可靠性强化试验的理论依据(故障物理学)、理论基础(链条理论和强度干扰理论),以及三类强化模型(Arrhenius模型、Miner标准模型和温变率与循环次数的关系模型)进行分析,揭示了可靠性强化试验的试验机理,分析了引信的传统可靠性试验的特点,对可靠性强化试验在引信中的应用进行了讨论,并分析了其意义。

HALT在引信寿命评估方面的应用

通过对引信寿命评估试验和高加速寿命试验(HALT)的特点进行分析,针对目前引信寿命试验的不足之处,提出了利用HALT中的有效信息来改进引信寿命评估的方法,例如:通过选择积极的加速因子和估算试验所需的时间来改进加速寿命试验,使之能够快速、精确地评估产品的寿命;在引信的研制过程中,当样本量较小时,可以利用改进的加速寿命试验来进行引信寿命的评估,使之能够快速地评估引信的中位寿命。

温度应力对引信用涡轮发电机的影响

为了研究温度应力对涡轮发电机的影响,对电机实施了高温步进强化试验。对4个电机样本统计分析表明,电机的高温工作极限为(145.7±9.8)℃,破坏极限为(162.9±16.5)℃,在试验过程中,电机存在的主要故障为输出电压随温度的升高呈抛物线规律下降,难以满足要求,涡轮叶片老化且在70 m/s吹风条件下叶片尾部折断。分析电机可恢复性故障的主要原因为转子中磁性材料的磁性能和线圈电阻随温度升高而变化,破坏性故障的主要原因为涡轮叶片折断和轴承的润滑性能下降,印证了试验中所发现的现象及规律。

枪发式动能染色弹设计与分析

为有效提高武警部队、警察对闹事头目或重点目标实施远距离精确打击并进行标记的能力,本文设计了一种枪发式动能染色弹,将动能打击和染色标记功能有效集成,提高了弹药的集成化程度,并具有较好的非致命效果。

热冲击应力对非硅MEMS器件可靠性的影响

以非硅MEMS器件作为研究对象,建立了非硅MEMS器件基本结构的热-机械耦合的有限元分析模型,并加载–60^+150℃的热冲击应力进行有限元分析。分析结果表明,热冲击应力导致结构层间由于热膨胀系数失配而产生应力,其中铜层与铬层界面间应力最大,且主要表现为x方向的剪切应力,其随温度循环在–75.6 MPa至125.3MPa之间转换,因此该界面间最易发生疲劳失效,导致结构分层。在此基础上,对某非硅MEMS惯性开关开展了热冲击试验和随机振动试验,验证了理论分析结果的正确性,找到了非硅MEMS器件的主要失效模式。