冲击载荷下MEMS微加速度计的结构可靠性研究

发布时间：2017-11-30 09:17

本文关键词：冲击载荷下MEMS微加速度计的结构可靠性研究

【摘要】：MEMS微加速度计经常和微陀螺仪组合形成微惯性测量组合(MIMU)安装在民航飞机中,实现导航功能。适航管理条例中对航空器导航系统的性能审定标准主要为准确度、完整性和功能连续性。微机械加速度计在工作环境和运输过程中经常可能承受很高的冲击载荷,容易发生失效,这对民用航空的影响是致命的。因此研究微加速度计的在冲击载荷下的结构可靠性对民航安全和航空器适航性能都有着重要意义。本文介绍了MEMS器件的发展历程,以及微加速度计抗冲击可靠性研究现状。霍普金森杆是一种很好的验证微加速度计冲击可靠性的实验方法,它能够产生类似半正弦的加速度脉冲,而且可以调节脉冲的宽度和幅值。本文使用ANSYS/LS-DYNA建模仿真微机械加速度的冲击实验,通过改变子弹速度和长度,获得了用于验证不同微加速度计结构可靠性的冲击载荷;并讨论了应变片对冲击波形的影响,为霍普金森杆冲击实验提供了指导。本文讨论了微加速度计的工作原理,重点分析了本文研究对象——梳齿式电容微加速度计中质量块、微梁和梳齿对可靠性的影响,并总结出失效模式为断裂、粘附和锚结构破坏。微悬臂梁是微加速度计中最常见的结构,通过改变微悬臂梁尺寸,本文获得了结构参数对模态的影响。对梳齿结构进行了大量的冲击仿真,通过改变冲击载荷的方向、幅值和频率分析了梳齿结构的响应特点。对由锚点、折叠梁和质量块简化组成的微加速度计施加冲击加速度,分析了微加速度计在冲击载荷下的变形过程和应力分布。最后为提高微加速度计的冲击可靠性给出了参考意见,为今后同类MEMS微加速度的可靠性研究打下良好的基础。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V241

【参考文献】

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