某行波管电子枪的动力学仿真

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1、某行波管电子枪的动力学仿真王娟杨明华中国电子科技集团奁司第十二研究所北京l00016摘要：木史对牛产中m现的振动问题，通过结构分析软件进行仿真，针对结构呐薄弱列、节进行改进大大提岛了管子的抗振r+能，满足了用户要求。关键词；行波竹电f枪振动榄卷引言在新产^fl的研制过程巾，彳_i_波符的叮柞怍也越米越监到霞视。{r波竹在工作中可能受14并种动态载衙的檄励导致结构的变形*至引起共振，所以耍寻找高强艘商刚度的结构．使结构在复杂的动力学环境F，保吐结构的动态特性。如果单靠实验验证，研制周期长，也造成资源的浪费，通过结构分析软件的应用．可

2、以冉便的发现结构中存在的问题，并加咀优化和段进．提高箭子工作的稳定性和安牟性。l实验-}J的问卮对某研制课题的行波管做随机振动虫验，川频卅仪对行波萑射频信呼进行舰捌，图卜3分别为没有振动、横向振动及轴向振动时观测到的射频信号。其中．参考信号为电源的输出信号，响应信号是随机振动1自批F的输出f．i寸。电源调制信号的脉冲删期10KHz。目l^臧Ⅻ颧☆闻2撒¨振动嘲3轴向报动从额带仪现测的结粜中『lf以看到，和0-2000Hz的振动颤牢范围内，胄很强的杂敝信号，其中lKHz和2KHz有右杂敞信垮比较人．舟．30—40dBc丘』--远小到

3、用，。要求。分析行波管的整个结构．由于电子枪筒：分娃J‘悬空状态，，l是迎过高额1J底板相连．这部分的动忐特性比较薄弱，对_I}f管的振动特性影响较人．竹Hi造成杂散信号过高的蟓州．可能是由r-U了枪部分的振动引起的，田此着重对这一部分进ar动如挚舟精。水文j强‘对屯了．枪的振动中士能进j，分析，计算系统自身的动力学特性，即硎青频率和振型。通过摸态分析泣辨嫩结构的模态参数，避免心有频车与外界激肺频率_}f『接近，问时报槲振型发现结构中的薄弱环节，发现结构的串耍振剐．为结构改进提供依州。2．模春分析的数学模型多口山度系统的运动方程蜘

4、r：m肛}+旧№)十kh}={P}+{Ⅳ}其中，【Ml——质最矩阵：旧卜一阻坨矩阵：k卜刚度矩阵：p}——外力甬数{Ⅳ)——外山非线性向录；扣卜随时间变化的札移响应：缸)}『忙}表示位移对时间的一阶搜二阶导数。蛮特征值分析就是求解无阻尼、无外我储bLF运动方Hz的特自F值及特征向融。在没有阻尼及外载的情况F．简化肝的逗动A程的矩哪0B式为：208m取)+k舷)=o(2)这是无阻尼自由振动的运动方程，假定式(2)的解为简谐函数形式：{U)={矿}sin甜(3)其中，{驴)为特征向量或振型，缈为圆频率。从物理学上的意思是所有的坐标点完

5、成同步运动。系统构形在运动过程中并不改变它的形状，而只是改变它的幅值。对(3)进行微分并代入运动方程，得到如下式子：一∥【M】{≯}sin耐+【K】{≯}sin耐=O(4)此公式可简化为：(【足卜矿[肘】){矽}=o(5)这个方程为特征方程，因此有两种情况：(1)如果det([K】一矿【M】)≠o，唯一可能的解为：{矽)=0(6)这是平凡解且在物理上无意义。(2)如果det([K】一矿【肘】)=o，可以得到一个非平凡解，特征值问题简化为求解方程：det([K]-a,'2tM])=0(7)因此式(7)可写为：(K一啦2M){谚)=o

6、(f_o，1，2，．．．)(8)由此可解出一系列离散的特征值砰。对每一个特征值砰，有一特征向量(谚)满足方程(7)，这些咀就是自然频率。与自然频率相应的特征向量{谚}被称为自然模态或模态振型。自然模态描述了结构变形的形状特征。3．原结构电子枪有限元分析模态分析是动力学分析过程中必不可少的一个步骤。模态分析用来确定结构的振动特性，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数，同时也是其它动力学分析的基础。MSC／Nastran提供了7种模态提取方法，这些方法是求解固有频率和振型的数值方法。本文采用Lanczos方法

7、，它支持稀疏矩阵方法，可提高速度，减少对磁盘空间的要求，也是最可靠，最有效的方法。模态分析的评判标准有：1．结构的固有频率应尽量避开激励源工作的频率范围，以避免发生整体共振现象。2．振型应尽量光滑，避免有突变，同时尽量避免发生在关键部件上。3．通过实特征值分析可以得到在各个模态中的高弹性变形的区域，这些区域对固有频率和振型的影响很大。4．根据计算出的重要的模态，为运动方程的积分选择合适的时间或频率步长，进行后续动力学分析。下面对原结构电子枪的阴极组件部分建三维的有限元模型，考虑到阴极支持筒是一个相对来说很薄的圆筒，整个结构的细长比

8、很大，采用自动网格划分，网格质量很差，也易产生奇异点，影响计算结果，闪此采用手动划分阿格．，ffL采用计算精度高的六丽体同格。根据用列的材料给定弹性模最和密度等材料属性，设定阴极引线周边为零位移约束。用Nastraa求解器进行模态分析，得到前三阶固