應用ANSYS動力學仿真技術研究設計行波管結構

2013-07-14 by:廣州Ansys中心來源:仿真在線

1. 引言

行波管的應用特殊性、不可維修性以及衛星造價的昂貴,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重要的。由于行波管應用環境的惡劣,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構設計中一個關鍵技術,在行波管結構設計過程中,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重要的,它不僅有助于行波管在研發階段尋求最優化的解決方案,而且能縮短行波管的研制周期、降低生產成本、確保產品質量。

2. 動力學分析

2.1 問題分析

某行波管整管結構需要作隨機振動環境試驗,由于結構本身的特點和各種特性指標,需要在整管模型的關鍵部件窗結構(應力較大)設計一個能夠起到支撐保護的支架結構,分析支架設計前后關鍵部件處的應力、加速度和位移等響應的變化,提高行波管整管結構的可靠性。

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 Wokebench 軟件中,底座與振動臺通過12 個螺釘固定。圖為無支架整管模型,圖為安裝支架的整管模型。圖中黃色部件為支架結構。模型中的材料屬性包括各種材料的楊氏模量、泊松比、密度。

2.3 模態分析

由于結構的振動特性決定結構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分析,使結構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。

從結果可以看出,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生共振,有支架模型抗振動性更高。

2.4 隨機振動分析

為了進一步證明有支架模型抗振動性強的特點,在模態分析的基礎上對兩種模型分別進行了隨機振動分析,根據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。

圖為無支架模型和有支架模型隨機振動分析后窗結構最大應力比較結果,無支架模型窗結構最大應力為4.84e7Pa,有支架模型窗結構最大應力為2.48e7Pa;圖為無支架模型和有支架模型隨機振動分析后窗結構最大位移比較結果,無支架模型窗結構最大位移為2.19e-5m,有支架模型窗結構最大位移為7.67e-6m,從分析結果數據可以明顯看出,有支架結構窗結構的最大應力和最大位移遠小于無支架結構,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。

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