本文關(guān)鍵詞：基于制造特性的螺旋慢波結(jié)構(gòu)裝配性能仿真與優(yōu)化

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【摘要】：螺旋慢波結(jié)構(gòu)作為行波管系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一,在我國(guó)民用、國(guó)防等諸多領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用。在螺旋慢波結(jié)構(gòu)的裝配過(guò)程中,常常會(huì)出現(xiàn)所有的零件加工精度都滿足設(shè)計(jì)要求,但裝配后系統(tǒng)精度差、穩(wěn)定性不高的現(xiàn)象。究其原因主要是零件的制造特性與系統(tǒng)精度之間的關(guān)系尚無(wú)有效的定性或定量分析方法,由于零部件裝配后相互之間存在應(yīng)力關(guān)系,這極大地限制了系統(tǒng)的精度及性能。實(shí)測(cè)法雖然可以準(zhǔn)確給出慢波結(jié)構(gòu)的裝配特性,但成本高,時(shí)間長(zhǎng),工作量大�；谥圃焯匦缘挠邢拊抡婵梢钥焖俚膶�(duì)裝配結(jié)構(gòu)體性能進(jìn)行分析評(píng)估,并且精度較高,在裝配性能研究中得到了大量的應(yīng)用。本文以螺旋慢波結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,從零件表面形狀誤差測(cè)量、建模入手,通過(guò)有限元分析方法,研究表面形狀誤差、尺寸誤差等制造特性對(duì)螺旋慢波結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)的影響,為行波管裝配體精度控制、性能預(yù)測(cè)研究等方面奠定了理論基礎(chǔ),為精密機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加工和裝配工藝優(yōu)化提供方法與依據(jù),為解決各領(lǐng)域精密機(jī)械系統(tǒng)的裝配精度與系統(tǒng)性能提供理論支持和技術(shù)保障。本文首先闡述了基于制造特性的螺旋慢波結(jié)構(gòu)裝配性能仿真的研究背景,并對(duì)基于制造特性的裝配性能研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、研究目的、研究意義以及應(yīng)用前景進(jìn)行介紹,針對(duì)目前行波管螺旋慢波結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)精度及穩(wěn)定性研究中存在的問題,開展了如下研究:(1)關(guān)鍵零部件的檢測(cè)。利用二維CMOS檢測(cè)平臺(tái)對(duì)零部件形狀誤差進(jìn)行檢測(cè)并完成零件表面形狀誤差的數(shù)據(jù)采集,利用MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。(2)基于逆向工程技術(shù)建立帶有形狀誤差的仿真模型方法的理論研究。通過(guò)對(duì)帶有制造特性的三維實(shí)體建模方法的研究,為真實(shí)模擬實(shí)際加工部件以及后續(xù)研究裝配體性能奠定理論基礎(chǔ)。(3)帶有制造特性的三維實(shí)體建模。結(jié)合螺旋慢波結(jié)構(gòu)各組件零件自身尺寸及材料特性,基于MATLAB數(shù)據(jù)處理以及Pro/E逆向工程的有限元仿真建模方法,建立能夠很好地描述零件表面形狀誤差的有限元三維實(shí)體模型。(4)螺旋慢波結(jié)構(gòu)的非線性裝配性能研究。通過(guò)對(duì)配合面接觸應(yīng)力影響的理論分析,將螺旋線彈簧簡(jiǎn)化為理想模型,并得到徑向壓縮量與剪切力的理論關(guān)系,利用ABAQUS軟件分別對(duì)不同長(zhǎng)度的螺旋線彈簧組件、帶有形狀誤差的螺旋線彈簧組件以及尺寸誤差與形狀誤差耦合的螺旋線彈簧組件進(jìn)行仿真計(jì)算,在解決仿真過(guò)程中非線性接觸、非線性滑移、薄壁件大變形這三大有限元仿真難題的同時(shí),保證有限仿真過(guò)程更為真實(shí)的模擬實(shí)際工況,為后續(xù)進(jìn)行裝配性能分析及裝配工藝優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。(5)螺旋慢波結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)裝配性能研究。一方面,溫度場(chǎng)的變化會(huì)引起螺旋慢波結(jié)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分發(fā)生變形,螺旋慢波結(jié)構(gòu)的裝配精度存在不可預(yù)測(cè)性;另一方面,溫度場(chǎng)的變化也會(huì)導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱應(yīng)力,影響螺旋慢波結(jié)構(gòu)的精度穩(wěn)定性。在熱傳導(dǎo)基本理論與熱變形理論研究的基礎(chǔ)上,利用ANSYS WORKBENCH的熱-結(jié)構(gòu)耦合有限元方法分別對(duì)形狀誤差、尺寸誤差以及不同溫度場(chǎng)影響下的螺旋慢波結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力狀態(tài)和熱變形情況展開研究,為后續(xù)熱處理工藝奠定理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN124

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