《现代引信技术丛书：引信MEMS微弹性元件设计基础》从基本理论出发，对主要微弹性元件（微弹簧、微闭锁机构等）的设计计算方法做了比较系统的分析和推导，以期使设计人员对其有比较全面系统的了解，从而达到正确和灵活运用这些方法的目的。书中对一些特殊结构的微弹簧设计计算方法进行了研究和完善，如压缩型微弹簧、变刚度微弹簧等。此外，《现代引信技术丛书：引信MEMS微弹性元件设计基础》还对微弹性元件的试验方法进行了介绍。

《现代引信技术丛书：引信MEMS微弹性元件设计基础》读者对象为引信专业高年级本科生、研究生以及从事引信MEMS器件设计的工程技术人员。

第1章 绪论

1．1 引信MEMS安全系统简介

1．1．1 引信安全系统的定义及组成

1．1．2 引信MEMS安全系统的组成

1．1．3 引信MEMS安全系统的研究现状

1．1．4 引信MEMS安全系统的特点

1．2 引信微弹性元件的分类

1．2．1 微弹性梁

1．2．2 微弹簧

1．2．3 微闭锁机构

1．3 本章小结

第2章 微弹簧变形特性基础研究

2．1 常规弹簧的性能指标

2．1．1 弹簧的特性线和刚度

2．1．2 弹簧的变形能

2．1．3 弹簧的自振频率

2．2 引信中传统弹簧与微弹簧的区别

2．2．1 使用方法不同

2．2．2 固定方式不同

2．2．3 弹簧的性能参数不同

2．3 微弹簧的工作模式及结构形态

2．3．1 微弹簧在轴向的拉伸（压缩）变形

2．3．2 微弹簧的径向变形

2．3．3 微弹簧的法向变形

2．4 基于能量法的微弹簧刚度公式推导

2．4．1 能量法概述

2．4．2 不同工作模式下L形微弹簧的刚度系数

2．4．3 不同工作模式下S形微弹簧的刚度系数

2．5 基于单位载荷法的微弹簧刚度公式推导

2．5．1 L形微弹簧的刚度系数推导

2．5．2 S形微弹簧的刚度系数推导

2．6 微弹簧结构形状与刚度系数的关系

2．6．1 基本结构展开长度相同

2．6．2 基本结构整体宽度相同

2．7 本章小结

第3章 微弹簧的结构变异性设计

3．1 变截面微弹簧设计与分析

3．1．1 等强度梁的设计方法

3．1．2 变截面L形微弹簧的设计与分析

3．1．3 变截面S形微弹簧的设计与分析

3．2 非规则微弹簧设计及分析

3．2．1 非规则L形微弹簧的设计与分析

3．2．2 非规则S形微弹簧的设计与分析

3．3 本章小结

第4章 变刚度微弹簧的设计

4．1 螺旋弹簧变刚度实现方法

4．1．1 不等节距螺旋弹簧

4．1．2 圆锥形螺旋弹簧

4．1．3 变中径螺旋弹簧

4．1．4 圆锥涡卷螺旋弹簧

4．1．5 组合式变刚度螺旋弹簧

4．1．6 螺旋弹簧变刚度的实现方法

4．2 变刚度微弹簧的设计思路

4．3 变刚度微弹簧的设计与性能分析

4．3．1 带有接触对的变刚度微弹簧设计与分析

4．3．2 改进的变刚度微弹簧设计与分析

4．3．3 串联结构的变刚度微弹簧设计与分析

4．3．4 变刚度微弹簧特性曲线的三种形式

……

第5章 压缩微弹簧的稳定性分析

第6章 微弹簧的优化设计

第7章 微闭锁机构的设计方法

第8章 微弹性元件试验方法

第9章 微弹簧的疲劳特性检测

附录

参考文献

MEMS相关理论和技术的出现，使得传统机电系统逐步走向微型化。微梁、微弹簧、微型闭锁机构等微弹性元件作为微机电系统的重要组成部分，在微机电系统中发挥着重要的作用。微弹性元件在引信中应用十分广泛，引信MEMS安全系统中的弹性元件可以实现能量和力的传递，是保证引信安全与解除保险装置平时安全与发射后可靠作用的重要零件。微弹性元件的力学性能对引信中其他器件能否按照设计要求正确发挥作用起着至关重要的作用。引信MEMS安全系统中的微弹性元件多采用平面式设计，其结构形式和尺寸参数与宏观零部件差异较大，目前大部分微弹性元件都没有相应成熟的设计理论，在器件的设计及优化中缺乏理论上的支持。因此开展微弹性元件的研究具有非常重要的意义。

作者于2000年开始接触引信MEMS器件的设计、优化与测试方法研究，本书是在作者及作者所在课题组大量科学实践基础上写成的。本书内容为微弹簧、微闭锁机构等微弹性元件的结构设计、优化及检测研究。

本书读者对象为有关专业高年级本科生、研究生和从事引信设计的工程技术人员，宗旨是帮助读者利用ANSYS、MATLAB等工程软件对微弹性元件进行设计、仿真及优化，所以本书着力讲述微弹性元件设计的基本原理、方法和步骤，而对所涉及的数学问题只是从应用的角度进行必要的介绍。

全书共分为9章，第1章介绍了引信MEMS安全系统的组成及工作原理，并将以此为应用背景的微弹性元件分为三类：微梁、微弹簧和微闭锁机构；第2章采用能量法及单位载荷法对L形微弹簧和S形微弹簧的刚度公式进行推导，并分析了微弹簧的结构形状对刚度系数的影响；第3章给出了L形及S形微弹簧的变异性设计方法，通过改变微弹簧部分组成要素的形态，实现改善弹簧某些性能的目的；第4章利用增加“接触对”的思想，提出了基于MEMS加工工艺的微弹簧变刚度的实现方法，对变刚度微弹簧在引信MEMS安全系统中的应用进行了探讨；第5章针对压缩微弹簧发生的失稳问题，利用仿真方法对微弹簧进行了特征值屈曲分析，研究了结构参数、边界条件和结构形态对微弹簧稳定性的影响；第6章利用二次开发技术，实现了S形微弹簧的参数化建模及有限元仿真功能，在此基础上完成了微弹簧的优化设计；第7章对初始定位闭锁机构和终止定位闭锁机构进行了力学分析，利用仿真方法对引信MEMS后坐保险机构的终止定位闭锁机构进行了动力学仿真研究；第8、9章为微弹性元件的试验研究，包括几何尺寸测量、材料参数测量及微弹簧的疲劳特性检测。