基于ANSYS的電子槍的多物理場的結(jié)構(gòu)熱耦合分析

2013-07-20 by:廣州ANSYS Workbench軟件培訓(xùn)中心來源:仿真在線

1.引言

電子槍是行波管的重要部件,內(nèi)置的發(fā)熱燈絲發(fā)熱使熱量傳遞到陰極上,使陰極材料上的電子獲得足夠的能量,受激并發(fā)射。溫度場的分布,熱應(yīng)力和變形都是電子槍可靠性設(shè)計(jì)的重要參數(shù),本文通過考慮熱傳導(dǎo)和熱輻射對電子槍的溫度場進(jìn)行模擬分析,并在此基礎(chǔ)上用間接耦合方式進(jìn)行了熱形變分析,得到了電子槍陰極的軸向位移。

2.電子槍的熱分析

2.1 電子槍的簡化模型

由于電子槍(圖1整體模型)的軸對稱結(jié)構(gòu)特點(diǎn),為了簡化結(jié)構(gòu),分析中采用了二維簡化模型,如圖2所示。

圖1 電子槍的模型圖2 二維簡化有限元模型

2.2 穩(wěn)態(tài)分析

利用穩(wěn)態(tài)模擬某行波管電子槍的工作狀態(tài),分析中采用了熱傳導(dǎo)和熱輻射兩種熱傳方式,在燈絲上加載體生成熱,得到了陰極的穩(wěn)態(tài)工作時(shí)陰極中心溫度并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,圖3所示。

圖3 不同功率下電子槍陰極中心溫度

2.3 熱形變分析

通過上面模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的一致性,在熱分析的基礎(chǔ)上對電子槍進(jìn)一步進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析,我們采用了與上面分析的電子槍尺寸差別不大的某型號電子槍進(jìn)行分析,將分析得到的熱狀態(tài)結(jié)果(圖4為陰極的溫度示意圖)作為結(jié)構(gòu)分析的熱載荷加載到電子槍結(jié)構(gòu)模型上,添加了材料的熱膨脹系數(shù)、密度、彈性模量和泊松比等結(jié)構(gòu)參數(shù),得到了該電子槍陰極中心溫度為1026℃時(shí)的陰極的軸向位移(圖5中為Y方向),Y方向的最大位移變化為0.0446mm,并與理論分析進(jìn)行比較,與實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)吻合的很好,并利用此數(shù)據(jù)對電子槍的性能參數(shù)進(jìn)行了分析,為設(shè)計(jì)人員提供了參考的依據(jù)。

圖4 陰極的溫度云圖

圖5 陰極在 1026℃下的軸向位移變化

3.結(jié)論

通過利用 ANSYS軟件對電子槍進(jìn)行熱穩(wěn)態(tài)分析和熱結(jié)構(gòu)耦合分析,得到的仿真結(jié)果符合實(shí)際的結(jié)果,說明有限元熱模擬技術(shù)可以直觀的反映電子槍中陰極組件工作時(shí)的熱狀態(tài)以及對電子槍的可靠性提供指導(dǎo)性建議

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