行波管热丝引出结构的耐随机振动量级分析
发布时间：2021-11-20 12:01
热丝组件是行波管内部温度最高的部位,其结构的抗振性能直接影响整管的抗振可靠性。用热力耦合仿真技术获得了随机振动PSD谱1σ、2σ、3σ概率分布下热丝断裂部位的应力场分布及最大应力值,并以试验获得的热丝高温抗拉强度作为热丝断裂判据,评价了25℃和85℃环境温度工作时原热丝结构能承受抗振量级,结果表明:1σ概率分布下,原热丝结构在25℃和85℃环境温度下工作时分别能承受加速度均方根为19.22g和18.67g的随机振动量级;3σ概率分布下,能承受16.06g和15.08g的随机振动量级。并评价了不同结构尺寸的热丝结构的抗振能力,研究发现热丝所能承受的随机振动抗振量级随热丝引出端长度的增加而增大,随热丝直径的增大而增大。研究成果为热丝结构优化设计提供理论依据。
【文章来源】：机械设计与制造. 2019,(11)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图1两端固支梁示意图Fig.1SchematicDiagramoftheFixedBeamatBothEnds2.2热丝组件力学分析仿真模型l
=α（t1-t0）l，△l是无约束时棒与壁之间应出现的间隙，由于棒的两端是固定的，于是刚体壁对棒产生拉伸作用。根据材料力学的相关知识，可以得到棒的热应力值为[11]：σ=αE（t1-t0）=αE△t（1）式中：α—膨胀系数；△t—温度的变化；E—弹性模量。ld图1两端固支梁示意图Fig.1SchematicDiagramoftheFixedBeamatBothEnds2.2热丝组件力学分析仿真模型按照实际样品建立电子枪热丝组件的力学分析模型，对热丝－白金带结构进行精细化建模，如图2所示。实体模型，如图3（a）所示。20节点六面体结构分析实体单元SOLID186网格划分采用六面体单元进行扫略，建立有限元模型，如图3（b）所示。铂金片热丝（钨铼丝）热丝引出端（接陶瓷）热丝、铂金片搭接处（焊）图2热丝组件结构示意图Fig.2SchematicDiagramofHotWireAssemble（a）电子枪实体模型（b）电子枪有限元模型图3电子枪热力学仿真模型Fig.3ThermodynamicSimulationModelofElectronGun主要考虑高温、随机振动两种应力下行波管电子枪内热丝组件的抗振能力分析。工作状态下，热丝主要在高温及振动时由于弯曲导致断裂失效。施加载荷及边界条件时，以体载荷形式将灯丝电压加载在热丝周围的陶瓷上；由于电子枪内部是真空的，其内部传热主要靠辐射和传导，热传导可用式（2）表示，通过导热率等参数施加在相邻接触面上；在电子枪外壳施加对流边界条件，用牛顿冷却方程，式（3）来描述，通过对流换热系数施加在电子枪外壳表面；电子枪内部靠热丝的热辐射传热，用斯蒂芬-波尔兹曼方程表示，通过辐射率施加在表面上。在温度
.1SchematicDiagramoftheFixedBeamatBothEnds2.2热丝组件力学分析仿真模型按照实际样品建立电子枪热丝组件的力学分析模型，对热丝－白金带结构进行精细化建模，如图2所示。实体模型，如图3（a）所示。20节点六面体结构分析实体单元SOLID186网格划分采用六面体单元进行扫略，建立有限元模型，如图3（b）所示。铂金片热丝（钨铼丝）热丝引出端（接陶瓷）热丝、铂金片搭接处（焊）图2热丝组件结构示意图Fig.2SchematicDiagramofHotWireAssemble（a）电子枪实体模型（b）电子枪有限元模型图3电子枪热力学仿真模型Fig.3ThermodynamicSimulationModelofElectronGun主要考虑高温、随机振动两种应力下行波管电子枪内热丝组件的抗振能力分析。工作状态下，热丝主要在高温及振动时由于弯曲导致断裂失效。施加载荷及边界条件时，以体载荷形式将灯丝电压加载在热丝周围的陶瓷上；由于电子枪内部是真空的，其内部传热主要靠辐射和传导，热传导可用式（2）表示，通过导热率等参数施加在相邻接触面上；在电子枪外壳施加对流边界条件，用牛顿冷却方程，式（3）来描述，通过对流换热系数施加在电子枪外壳表面；电子枪内部靠热丝的热辐射传热，用斯蒂芬-波尔兹曼方程表示，通过辐射率施加在表面上。在温度较高的部位建立3对热辐射对，其位置及辐射率，如表1所示[12]。O=-λAdT/2（2）准=hcA（Tw-Tf）（3）准=εσA1F12T4W-T4f!"（4）表1热辐射对的设置Tab.1SettingsofThermalRadiationPairs辐射位置辐射率阴极支持筒—屏蔽筒阴极支持筒外表面0.2内屏蔽筒内表面0.3?
【参考文献】：
期刊论文
[1]行波管模态分析与有限元模型修正[J]. 邱华荣,宋芳芳,莫海军,吕东亚. 机械设计与制造. 2017(04)
[2]X波段脉冲空间行波管输出结构可靠性研究[J]. 尚新文,李鑫伟,曹林林,肖刘,苏小保. 电子与信息学报. 2016(10)
[3]弹载行波管电子枪的热及动力学仿真设计[J]. 查文锦,孟晓君,邱立. 真空电子技术. 2015(03)
[4]行波管热及振动模拟研究分析[J]. 周佳军,宋芳芳,莫海军. 真空电子技术. 2015(02)
[5]行波管栅控电子枪随机振动分析[J]. 王娟,吴刚,苏小刚. 真空电子技术. 2012(05)
硕士论文
[1]行波管工作状态下的振动特性分析[D]. 邱华荣.华南理工大学 2016
[2]行波管电子枪热力耦合特性分析及优化设计[D]. 许沙.华南理工大学 2014
本文编号：3507282
【文章来源】：机械设计与制造. 2019,(11)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图1两端固支梁示意图Fig.1SchematicDiagramoftheFixedBeamatBothEnds2.2热丝组件力学分析仿真模型l
=α（t1-t0）l，△l是无约束时棒与壁之间应出现的间隙，由于棒的两端是固定的，于是刚体壁对棒产生拉伸作用。根据材料力学的相关知识，可以得到棒的热应力值为[11]：σ=αE（t1-t0）=αE△t（1）式中：α—膨胀系数；△t—温度的变化；E—弹性模量。ld图1两端固支梁示意图Fig.1SchematicDiagramoftheFixedBeamatBothEnds2.2热丝组件力学分析仿真模型按照实际样品建立电子枪热丝组件的力学分析模型，对热丝－白金带结构进行精细化建模，如图2所示。实体模型，如图3（a）所示。20节点六面体结构分析实体单元SOLID186网格划分采用六面体单元进行扫略，建立有限元模型，如图3（b）所示。铂金片热丝（钨铼丝）热丝引出端（接陶瓷）热丝、铂金片搭接处（焊）图2热丝组件结构示意图Fig.2SchematicDiagramofHotWireAssemble（a）电子枪实体模型（b）电子枪有限元模型图3电子枪热力学仿真模型Fig.3ThermodynamicSimulationModelofElectronGun主要考虑高温、随机振动两种应力下行波管电子枪内热丝组件的抗振能力分析。工作状态下，热丝主要在高温及振动时由于弯曲导致断裂失效。施加载荷及边界条件时，以体载荷形式将灯丝电压加载在热丝周围的陶瓷上；由于电子枪内部是真空的，其内部传热主要靠辐射和传导，热传导可用式（2）表示，通过导热率等参数施加在相邻接触面上；在电子枪外壳施加对流边界条件，用牛顿冷却方程，式（3）来描述，通过对流换热系数施加在电子枪外壳表面；电子枪内部靠热丝的热辐射传热，用斯蒂芬-波尔兹曼方程表示，通过辐射率施加在表面上。在温度
.1SchematicDiagramoftheFixedBeamatBothEnds2.2热丝组件力学分析仿真模型按照实际样品建立电子枪热丝组件的力学分析模型，对热丝－白金带结构进行精细化建模，如图2所示。实体模型，如图3（a）所示。20节点六面体结构分析实体单元SOLID186网格划分采用六面体单元进行扫略，建立有限元模型，如图3（b）所示。铂金片热丝（钨铼丝）热丝引出端（接陶瓷）热丝、铂金片搭接处（焊）图2热丝组件结构示意图Fig.2SchematicDiagramofHotWireAssemble（a）电子枪实体模型（b）电子枪有限元模型图3电子枪热力学仿真模型Fig.3ThermodynamicSimulationModelofElectronGun主要考虑高温、随机振动两种应力下行波管电子枪内热丝组件的抗振能力分析。工作状态下，热丝主要在高温及振动时由于弯曲导致断裂失效。施加载荷及边界条件时，以体载荷形式将灯丝电压加载在热丝周围的陶瓷上；由于电子枪内部是真空的，其内部传热主要靠辐射和传导，热传导可用式（2）表示，通过导热率等参数施加在相邻接触面上；在电子枪外壳施加对流边界条件，用牛顿冷却方程，式（3）来描述，通过对流换热系数施加在电子枪外壳表面；电子枪内部靠热丝的热辐射传热，用斯蒂芬-波尔兹曼方程表示，通过辐射率施加在表面上。在温度较高的部位建立3对热辐射对，其位置及辐射率，如表1所示[12]。O=-λAdT/2（2）准=hcA（Tw-Tf）（3）准=εσA1F12T4W-T4f!"（4）表1热辐射对的设置Tab.1SettingsofThermalRadiationPairs辐射位置辐射率阴极支持筒—屏蔽筒阴极支持筒外表面0.2内屏蔽筒内表面0.3?
【参考文献】：
期刊论文
[1]行波管模态分析与有限元模型修正[J]. 邱华荣,宋芳芳,莫海军,吕东亚. 机械设计与制造. 2017(04)
[2]X波段脉冲空间行波管输出结构可靠性研究[J]. 尚新文,李鑫伟,曹林林,肖刘,苏小保. 电子与信息学报. 2016(10)
[3]弹载行波管电子枪的热及动力学仿真设计[J]. 查文锦,孟晓君,邱立. 真空电子技术. 2015(03)
[4]行波管热及振动模拟研究分析[J]. 周佳军,宋芳芳,莫海军. 真空电子技术. 2015(02)
[5]行波管栅控电子枪随机振动分析[J]. 王娟,吴刚,苏小刚. 真空电子技术. 2012(05)
硕士论文
[1]行波管工作状态下的振动特性分析[D]. 邱华荣.华南理工大学 2016
[2]行波管电子枪热力耦合特性分析及优化设计[D]. 许沙.华南理工大学 2014
本文编号：3507282
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