硅基环形波动陀螺抗高过载能力测试

针对MEMS硅基陀螺在制导炮弹等高过载环境中的应用,以一种S形弹性梁支撑形式的陀螺结构为研究对象,建立了陀螺结构的冲击动力学方程。利用ANSYS对陀螺结构进行瞬态仿真,仿真结果显示该结构在X、Z方向承受的最大应力分别为232.10 MPa、219.04 MPa,远小于硅材料的极限许用应力(790 MPa)。实验室环境下利用马歇特锤对陀螺结构样品进行高过载试验,冲击幅值为13 600g。试验前后通过共聚焦显微镜观察陀螺结构表面形貌,结构完好无损;使用拉曼散射光谱系统对非真空封装的陀螺结构进行应力分析,测试点最大应力为276.65 MPa;对真空封装的陀螺结构驱动模态固有频率进行扫频测试,过载前后频率变化量小于0.05%。仿真和试验结果表明该陀螺结构设计合理且抗过载幅值大于10 000g。

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