熱絲組件是行波管內(nèi)部溫度最高的部位,其結(jié)構(gòu)的抗振性能直接影響整管的抗振可靠性。用熱力耦合仿真技術(shù)獲得了隨機振動PSD譜1σ、2σ、3σ概率分布下熱絲斷裂部位的應(yīng)力場分布及最大應(yīng)力值,并以試驗獲得的熱絲高溫抗拉強度作為熱絲斷裂判據(jù),評價了25℃和85℃環(huán)境溫度工作時原熱絲結(jié)構(gòu)能承受抗振量級,結(jié)果表明:1σ概率分布下,原熱絲結(jié)構(gòu)在25℃和85℃環(huán)境溫度下工作時分別能承受加速度均方根為19.22g和18.67g的隨機振動量級;3σ概率分布下,能承受16.06g和15.08g的隨機振動量級。并評價了不同結(jié)構(gòu)尺寸的熱絲結(jié)構(gòu)的抗振能力,研究發(fā)現(xiàn)熱絲所能承受的隨機振動抗振量級隨熱絲引出端長度的增加而增大,隨熱絲直徑的增大而增大。研究成果為熱絲結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。 

【文章來源】：機械設(shè)計與制造. 2019,(11)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

圖1兩端固支梁示意圖Fig.1SchematicDiagramoftheFixedBeamatBothEnds2.2熱絲組件力學(xué)分析仿真模型l

=α（t1-t0）l，△l是無約束時棒與壁之間應(yīng)出現(xiàn)的間隙，由于棒的兩端是固定的，于是剛體壁對棒產(chǎn)生拉伸作用。根據(jù)材料力學(xué)的相關(guān)知識，可以得到棒的熱應(yīng)力值為[11]：σ=αE（t1-t0）=αE△t（1）式中：α—膨脹系數(shù)；△t—溫度的變化；E—彈性模量。ld圖1兩端固支梁示意圖Fig.1SchematicDiagramoftheFixedBeamatBothEnds2.2熱絲組件力學(xué)分析仿真模型按照實際樣品建立電子槍熱絲組件的力學(xué)分析模型，對熱絲－白金帶結(jié)構(gòu)進行精細化建模，如圖2所示。實體模型，如圖3（a）所示。20節(jié)點六面體結(jié)構(gòu)分析實體單元SOLID186網(wǎng)格劃分采用六面體單元進行掃略，建立有限元模型，如圖3（b）所示。鉑金片熱絲（鎢錸絲）熱絲引出端（接陶瓷）熱絲、鉑金片搭接處（焊）圖2熱絲組件結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2SchematicDiagramofHotWireAssemble（a）電子槍實體模型（b）電子槍有限元模型圖3電子槍熱力學(xué)仿真模型Fig.3ThermodynamicSimulationModelofElectronGun主要考慮高溫、隨機振動兩種應(yīng)力下行波管電子槍內(nèi)熱絲組件的抗振能力分析。工作狀態(tài)下，熱絲主要在高溫及振動時由于彎曲導(dǎo)致斷裂失效。施加載荷及邊界條件時，以體載荷形式將燈絲電壓加載在熱絲周圍的陶瓷上；由于電子槍內(nèi)部是真空的，其內(nèi)部傳熱主要靠輻射和傳導(dǎo)，熱傳導(dǎo)可用式（2）表示，通過導(dǎo)熱率等參數(shù)施加在相鄰接觸面上；在電子槍外殼施加對流邊界條件，用牛頓冷卻方程，式（3）來描述，通過對流換熱系數(shù)施加在電子槍外殼表面；電子槍內(nèi)部靠熱絲的熱輻射傳熱，用斯蒂芬-波爾茲曼方程表示，通過輻射率施加在表面上。在溫度

.1SchematicDiagramoftheFixedBeamatBothEnds2.2熱絲組件力學(xué)分析仿真模型按照實際樣品建立電子槍熱絲組件的力學(xué)分析模型，對熱絲－白金帶結(jié)構(gòu)進行精細化建模，如圖2所示。實體模型，如圖3（a）所示。20節(jié)點六面體結(jié)構(gòu)分析實體單元SOLID186網(wǎng)格劃分采用六面體單元進行掃略，建立有限元模型，如圖3（b）所示。鉑金片熱絲（鎢錸絲）熱絲引出端（接陶瓷）熱絲、鉑金片搭接處（焊）圖2熱絲組件結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2SchematicDiagramofHotWireAssemble（a）電子槍實體模型（b）電子槍有限元模型圖3電子槍熱力學(xué)仿真模型Fig.3ThermodynamicSimulationModelofElectronGun主要考慮高溫、隨機振動兩種應(yīng)力下行波管電子槍內(nèi)熱絲組件的抗振能力分析。工作狀態(tài)下，熱絲主要在高溫及振動時由于彎曲導(dǎo)致斷裂失效。施加載荷及邊界條件時，以體載荷形式將燈絲電壓加載在熱絲周圍的陶瓷上；由于電子槍內(nèi)部是真空的，其內(nèi)部傳熱主要靠輻射和傳導(dǎo)，熱傳導(dǎo)可用式（2）表示，通過導(dǎo)熱率等參數(shù)施加在相鄰接觸面上；在電子槍外殼施加對流邊界條件，用牛頓冷卻方程，式（3）來描述，通過對流換熱系數(shù)施加在電子槍外殼表面；電子槍內(nèi)部靠熱絲的熱輻射傳熱，用斯蒂芬-波爾茲曼方程表示，通過輻射率施加在表面上。在溫度較高的部位建立3對熱輻射對，其位置及輻射率，如表1所示[12]。O=-λAdT/2（2）準=hcA（Tw-Tf）（3）準=εσA1F12T4W-T4f!"（4）表1熱輻射對的設(shè)置Tab.1SettingsofThermalRadiationPairs輻射位置輻射率陰極支持筒—屏蔽筒陰極支持筒外表面0.2內(nèi)屏蔽筒內(nèi)表面0.3?

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]X波段脈沖空間行波管輸出結(jié)構(gòu)可靠性研究[J]. 尚新文,李鑫偉,曹林林,肖劉,蘇小保.  電子與信息學(xué)報. 2016(10)
[3]彈載行波管電子槍的熱及動力學(xué)仿真設(shè)計[J]. 查文錦,孟曉君,邱立.  真空電子技術(shù). 2015(03)
[4]行波管熱及振動模擬研究分析[J]. 周佳軍,宋芳芳,莫海軍.  真空電子技術(shù). 2015(02)
[5]行波管柵控電子槍隨機振動分析[J]. 王娟,吳剛,蘇小剛.  真空電子技術(shù). 2012(05)

碩士論文
[1]行波管工作狀態(tài)下的振動特性分析[D]. 邱華榮.華南理工大學(xué) 2016
[2]行波管電子槍熱力耦合特性分析及優(yōu)化設(shè)計[D]. 許沙.華南理工大學(xué) 2014



本文編號：3507282