某行波管輸能窗結構動(dòng)力學(xué)特性與隨機振動(dòng)試驗
行波管工作在非常惡劣的環(huán)境下, 對結構可靠性具有很高的要求。本文探討了國內外學(xué)者及科研機構對行波管結構動(dòng)力學(xué)特性分析的研究方法和研究情況, 利用有限元模仿真分析和隨機振動(dòng)試驗相結合的方法, 進(jìn)行了某行波管輸能窗兩種結構的力學(xué)機理分析、動(dòng)力學(xué)特性分析和隨機振動(dòng)試驗。結果表明, 有限元仿真分析的結論與隨機振動(dòng)試驗的結果是吻合的。
行波管通常工作在非常惡劣的環(huán)境下, 在使用過(guò)程中要承受各種機械沖擊和振動(dòng)應力的作用, 因此行波管必須滿(mǎn)足各種機械環(huán)境應力的考核, 在交付時(shí)必須做規定的綜合環(huán)境試驗條下的抗振可靠性鑒定和驗收試驗, 以驗證其設計是否符合規定的抗振可靠性指標要求, 保證在規定的應力環(huán)境下正常工作。
為了保證微波系統中行波管的可靠性, 國內外許多科研機構開(kāi)展了大量的抗振可靠性、工藝可靠性、可靠性熱設計等研究, 真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)總結了國內外科研機構在行波管結構可靠性方面的研究。
A. F. Saleeb 與M. Prabhu采用一種有別于傳統的動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析和振動(dòng)試驗的電子斑紋干涉方法, 研究了基于非接觸法的全場(chǎng)振動(dòng)測試數據對平板進(jìn)行空間輪廓識別, 這為開(kāi)展隨機振動(dòng)試驗提供了一條簡(jiǎn)易且精確的途徑。S.Raina 與M. Santra對一種耦合腔行波管進(jìn)行了熱和振動(dòng)性能分析, 通過(guò)對行波管進(jìn)行模態(tài)分析和隨機振動(dòng)試驗, 研究了在給定的試驗條件下行波管的位移、應力和變形情況。
廣東工業(yè)大學(xué)和電子五所對行波管結構可靠性的研究主要集中在兩個(gè)方面, 其一, 在分析研究國內外行波管可靠性研究發(fā)展現狀的基礎上, 借助于有限元模擬分析方法理論, 在行波管的結構可靠性方面、進(jìn)行了研究。其二, 利用可視化編程語(yǔ)言Visualc+ + 開(kāi)發(fā)了行波管振動(dòng)特性分析系統, 通過(guò)反復修改系統中設置的行波管振動(dòng)特性關(guān)鍵參數,完成行波管的抗振可靠性分析, 以減少分析的工作量, 為優(yōu)化設計提供便利途徑。
電子科技大學(xué)的周菥、姚列明等對柵網(wǎng)在高溫狀態(tài)下進(jìn)行了熱分析和動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析, 計算了柵網(wǎng)的熱變形、振型和固有頻率, 并開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的熱和動(dòng)力學(xué)特性仿真環(huán)境軟件。
田義宏等從振動(dòng)試驗技術(shù)的角度討論了振動(dòng)應力篩選的方法, 分析了振動(dòng)試驗中夾具、安裝方式、傳感器、振動(dòng)方向等各種因素和控制策略對環(huán)境應力篩選效果的影響。
上述研究或偏重于有限元模擬仿真, 如對行波管組件進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析, 或偏重于實(shí)驗研究, 如對行波管進(jìn)行隨機振動(dòng)試驗。本文采用了將力學(xué)機理分析、有限元模擬仿真與隨機振動(dòng)試驗相結合的方法, 以力學(xué)分析為依據, 有限元模擬仿真為理論指導, 最后以試驗來(lái)驗證的方法, 對某行波管輸能窗的兩種結構進(jìn)行了分析。
某行波管輸能窗結構力學(xué)機理分析
利用有限元法進(jìn)行行波管隨機振動(dòng)分析, 是實(shí)現行波管結構動(dòng)力學(xué)設計的有效途徑, 結合隨機振動(dòng)試驗在檢驗通過(guò)有限元設計的動(dòng)力結構是否可靠的同時(shí), 也大大提高了行波管可靠性設計的效率。
圖1 為某行波管輸能窗的兩種結構示意圖。
圖1 輸能窗兩種結構示意圖
從力學(xué)角度進(jìn)行機理分析, 圖1(a) 所示結構在試驗時(shí), 輸能窗下端即窗固定面被固定, 上端處于自由狀態(tài), 實(shí)際上構成了懸臂梁結構, 受力簡(jiǎn)圖如圖2所示。圖1(b) 所示結構對原本是懸臂梁結構的輸能窗進(jìn)行了支撐, 用支撐架支撐后, 輸能窗由懸臂梁結構轉變?yōu)楹?jiǎn)支梁結構, 其受力簡(jiǎn)圖如圖3 所示。
圖2 懸臂梁結構輸能窗受力簡(jiǎn)圖
圖3 簡(jiǎn)支梁結構輸能窗受力簡(jiǎn)圖
以下對輸能窗結構的兩種形式進(jìn)行了有限元動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析和隨機振動(dòng)試驗仿真分析。
采用理論分析與試驗相結合的方法, 對某行波管輸能窗結構進(jìn)行了力學(xué)機理分析, 基于此分析, 對兩種輸能窗結構進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)模態(tài)分析與隨機振動(dòng)模擬仿真。分析表明, 簡(jiǎn)支梁結構的輸能窗相對于懸臂梁結構的輸能窗而言, 固有頻率大幅提高, 輸能窗結構剛度增強。對兩種輸能窗結構的行波管進(jìn)行了隨機振動(dòng)試驗, 試驗結果證明, 簡(jiǎn)支梁結構行波管工作正常, 未發(fā)生漏氣現象, 解決了某行波管輸能窗在振動(dòng)后結構破壞的問(wèn)題。
