利用ANSYS动力学仿真技术研究行波管结构设计

1 引言 行波管的应用特殊性、不可维修性以及卫星造价的昂贵，使得我们对它的各方面研究，特别是对动力学可靠性性能研究是至关重要的。由于行波管应用环境的恶劣， 包括随机振动、正弦振动和冲击。因此，应尽量避免其受各种环境影响而导致的电性能等重要性能的变化。 行波管的抗振动能力是行波管结构设计中一个关键技术，在行波管结构设计过程中，如果仅仅依靠试验来验证行波管的可靠性，将增加大量人力物力，而行波管的动 力学仿真分析对提高行波管的可靠性是至关重要的，它不仅有助于行波管在研发阶段寻求最优化的解决方案，而且能缩短行波管的研制周期、降低生产成本、确保产 品质量。
2 动力学分析
2.1 问题分析 某行波管整管结构需要作随机振动环境试验，由于结构本身的特点和各种特性指标，需要在整管模型的关键部件窗结构（应力较大）设计一个能够起到支撑保护的支 架结构，分析支架设计前后关键部件处的应力、加速度和位移等响应的变化，提高行波管整管结构的可靠性。
2.2 模型的建立 首先利用 Pro/E软件建立三维实体模型，优化模型后将三维实体模型通过ANSYS软件与Pro/E软件的模型连接接口导入ANSYS Workbench软件中，底座与振动台通过12个螺钉固定。
2.3 模态分析 由于结构的振动特性决定结构对于各种动力载荷的响应情况，所以在准备进行随机分析之前首先要进行模态分析，使结构设计避免共振或以特定频率进行振动，本文 分析中首先通过模态求解出整管模型的振动特性，分别求出有支架和无支架整管模型的固有频率。
2.4 随机 振动分析 为了进一步证明有支架模型抗振动性强的特点，在模态分析的基础上对两种模型分别进行了随机振动分析，根据实际行波管的随机振动试验条件，将载荷定义为随机 载荷，采用ANSYS软件中的Random Vibration模块进行分析。
通 过对行波管整管的无支架结构和有支架结构进行随机振动分析，得出了整管的模态分析数据、窗结构的最大应力和最大位移的分析数据，结果表明无支架模型比有支 架模型比较容易发生共振，有支架结构窗结构的最大应力和最大位移远小于无支架结构，同时利用与试验比较证明了有支架模型抗振动性更强、可靠性更高，也说明 有支架模型的设计分析合理性。