本文關鍵詞：基于制造特性的螺旋慢波結構裝配性能仿真與優(yōu)化

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【摘要】：螺旋慢波結構作為行波管系統(tǒng)中的關鍵部件之一,在我國民用、國防等諸多領域起著至關重要的作用。在螺旋慢波結構的裝配過程中,常常會出現(xiàn)所有的零件加工精度都滿足設計要求,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)精度之間的關系尚無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力關系,這極大地限制了系統(tǒng)的精度及性能。實測法雖然可以準確給出慢波結構的裝配特性,但成本高,時間長,工作量大。基于制造特性的有限元仿真可以快速的對裝配結構體性能進行分析評估,并且精度較高,在裝配性能研究中得到了大量的應用。本文以螺旋慢波結構為研究對象,從零件表面形狀誤差測量、建模入手,通過有限元分析方法,研究表面形狀誤差、尺寸誤差等制造特性對螺旋慢波結構應力狀態(tài)的影響,為行波管裝配體精度控制、性能預測研究等方面奠定了理論基礎,為精密機械系統(tǒng)設計、加工和裝配工藝優(yōu)化提供方法與依據(jù),為解決各領域精密機械系統(tǒng)的裝配精度與系統(tǒng)性能提供理論支持和技術保障。本文首先闡述了基于制造特性的螺旋慢波結構裝配性能仿真的研究背景,并對基于制造特性的裝配性能研究的國內外現(xiàn)狀、研究目的、研究意義以及應用前景進行介紹,針對目前行波管螺旋慢波結構在系統(tǒng)精度及穩(wěn)定性研究中存在的問題,開展了如下研究:(1)關鍵零部件的檢測。利用二維CMOS檢測平臺對零部件形狀誤差進行檢測并完成零件表面形狀誤差的數(shù)據(jù)采集,利用MATLAB進行數(shù)據(jù)處理。(2)基于逆向工程技術建立帶有形狀誤差的仿真模型方法的理論研究。通過對帶有制造特性的三維實體建模方法的研究,為真實模擬實際加工部件以及后續(xù)研究裝配體性能奠定理論基礎。(3)帶有制造特性的三維實體建模。結合螺旋慢波結構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體模型。(4)螺旋慢波結構的非線性裝配性能研究。通過對配合面接觸應力影響的理論分析,將螺旋線彈簧簡化為理想模型,并得到徑向壓縮量與剪切力的理論關系,利用ABAQUS軟件分別對不同長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行仿真計算,在解決仿真過程中非線性接觸、非線性滑移、薄壁件大變形這三大有限元仿真難題的同時,保證有限仿真過程更為真實的模擬實際工況,為后續(xù)進行裝配性能分析及裝配工藝優(yōu)化奠定基礎。(5)螺旋慢波結構的熱力學裝配性能研究。一方面,溫度場的變化會引起螺旋慢波結構機械結構部分發(fā)生變形,螺旋慢波結構的裝配精度存在不可預測性;另一方面,溫度場的變化也會導致機械結構產生熱應力,影響螺旋慢波結構的精度穩(wěn)定性。在熱傳導基本理論與熱變形理論研究的基礎上,利用ANSYS WORKBENCH的熱-結構耦合有限元方法分別對形狀誤差、尺寸誤差以及不同溫度場影響下的螺旋慢波結構的熱應力狀態(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。
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN124

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本文編號：1219123