行波管的應用特殊性、不可維修性以及衛(wèi)星造價的昂貴，使得我們對它的各方面研究，特別是對動力學可靠性性能研究是至關(guān)重要的。由于行波管應用環(huán)境的惡劣，包括隨機振動、正弦振動和沖擊。因此，應盡量避免其受各種環(huán)境影響而導致的電性能等重要性能的變化。
　　
　　行波管的抗振動能力是行波管結(jié)構(gòu)設計中一個關(guān)鍵技術(shù)，在行CAE波管結(jié)構(gòu)設計過程中，如果僅僅依靠試驗來驗證行波管的可靠性，將增加大量人力物力，而行波管的動力學仿真分析對提高行波管的可靠性是至關(guān)重要的，它不僅有助于行波管在研發(fā)階段尋求**化的解決方案，而且能縮短行波管的研制周期、降低生產(chǎn)成本、確保產(chǎn)品質(zhì)量。
　　
　　2 動力學分析
　　
　　2.1 問題分析
　　
　　某行波管整管結(jié)構(gòu)需要作隨機振動環(huán)境試驗，由于結(jié)構(gòu)本身的特點和各種特性指標，需要在整管模型的關(guān)鍵部件窗結(jié)構(gòu)（應力較大）設計一個能夠起到支撐保護的支架結(jié)構(gòu)，分析支架設計前后關(guān)鍵部件處的應力、加速度和位移等響應的變化，提高行波管整管結(jié)構(gòu)的可靠性。
　　
　　2.2 模型的建立
　　
　　首先利用 Pro/E軟件建立三維實體模型，優(yōu)化模型后將三維實體模型通過ANSYS軟件與Pro/E軟件的模型連接接口導入ANSYS Workbench軟件中，底座與振動臺通過12個螺釘固定。圖1為無支架整管模型，圖2為安裝支架的整管模型。圖2 中黃色部件為支架結(jié)構(gòu)。模型中的材料屬性包括各種材料的楊氏模量、泊松比、密度。


　　
　　　　
　　圖1 無支架整管模型
　　
　　　　
　　圖2 有支架整管模型


　　
　　2.3 模態(tài)分析
　　
　　由于結(jié)構(gòu)的振動特性決定結(jié)構(gòu)對于各種動力載荷的響應情況，所以在準備進行隨機分析之前首先要進行模態(tài)分析，使結(jié)構(gòu)設計避免共振或以特定頻率進行振動，本文分析中首先通過模態(tài)求解出整管模型的振動特性，分別求出有支架和無支架整管模型的固有頻率。如表1所示。


　　
　　　　


　　
　　從表1結(jié)果可以看出，有支架模型的固有頻率明顯比無支架模型的固有頻率低，由此可得，當以試驗臺固有頻率2000Hz為例，有支架模型的第三階頻率接近試驗臺固有頻率，而無支架模型的第四階頻率明顯高于試驗臺固有頻率，說明當模型進行振動分析時，無支架模型比有支架模型比較容易發(fā)生共振，有支架模型抗振動性更高。
　　
　　2.4 隨機振動CAE仿真分析
　　
　　為了進一步證明有支架模型抗振動性強的特點，在模態(tài)分析的基礎上對兩種模型分別進行了隨機振動分析，根據(jù)實際行波管的隨機振動試驗條件，將載荷定義為隨機載荷，采用ANSYS軟件中的Random Vibration模塊進行分析。分析中所加載的載荷定義為功率譜密度函數(shù)，如圖3所示。


　　
　　　　
　　圖3 功率譜曲線


　　
　　分析結(jié)果如圖4和圖5所示，圖4為無支架模型和有支架模型隨機振動分析后窗結(jié)構(gòu)**應力比較結(jié)果，無支架模型窗結(jié)構(gòu)**應力為4.84e7Pa，有支架模型窗結(jié)構(gòu)**應力為2.48e7Pa；圖5為無支架模型和有支架模型隨機振動分析后窗結(jié)構(gòu)**位移比較結(jié)果，無支架模型窗結(jié)構(gòu)**位移為2.19e-5m，有支架模型窗結(jié)構(gòu)**位移為7.67e-6m，從分析結(jié)果數(shù)據(jù)可以明顯看出，有支架結(jié)構(gòu)窗結(jié)構(gòu)的**應力和**位移遠小于無支架結(jié)構(gòu)，同時利用與試驗的比較證明了有支架模型的可靠性，說明有支架模型的設計分析合理性。


　　
　　　　
　　圖4 兩個模型隨機振動窗結(jié)構(gòu)**應力
　　
　　 　　
　　圖5 兩個模型隨機振動窗結(jié)構(gòu)**位移


　　
　　3 結(jié)論
　　
　　通過對行波管整管的cae無支架結(jié)構(gòu)和有支架結(jié)構(gòu)進行隨機振動分析，得出了整管的模態(tài)分析數(shù)據(jù)、窗結(jié)構(gòu)的**應力和**位移的分析數(shù)據(jù)，結(jié)果表明無支架模型比有支架模型比較容易發(fā)生共振，有支架結(jié)構(gòu)窗結(jié)構(gòu)的**應力和**位移遠小于無支架結(jié)構(gòu)，同時利用與試驗比較證明了有支架模型抗振動性更強、可靠性更高，也說明有支架模型的設計分析合理性。

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