應用ANSYS動力學仿真技術(shù)研究設(shè)計行波管結(jié)構(gòu)

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(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(shè)計中一個關(guān)鍵技術(shù),在行波管結(jié)構(gòu)設(shè)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)階段尋求最優(yōu)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(shè)計一個能夠起到支撐保護的支架結(jié)構(gòu),分析支架設(shè)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 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(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。

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(shè)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。

從結(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(chǔ)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)。

圖為無支架模型和有支架模型隨機振動分析后窗結(jié)構(gòu)最大應力比較結(jié)果,無支架模型窗結(jié)構(gòu)最大應力為4.84e7Pa,有支架模型窗結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)最大位移比較結(jié)果,無支架模型窗結(jié)構(gòu)最大位移為2.19e-5m,有支架模型窗結(jié)構(gòu)最大位移為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)的最大應力和最大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(shè)計分析合理性。

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