基于ANSYS的電子槍的多物理場的結構熱耦合分析

2013-07-20 by:廣州ANSYS Workbench軟件培訓中心來源:仿真在線

1.引言

電子槍是行波管的重要部件,內置的發熱燈絲發熱使熱量傳遞到陰極上,使陰極材料上的電子獲得足夠的能量,受激并發射。溫度場的分布,熱應力和變形都是電子槍可靠性設計的重要參數,本文通過考慮熱傳導和熱輻射對電子槍的溫度場進行模擬分析,并在此基礎上用間接耦合方式進行了熱形變分析,得到了電子槍陰極的軸向位移。

2.電子槍的熱分析

2.1 電子槍的簡化模型

由于電子槍(圖1整體模型)的軸對稱結構特點,為了簡化結構,分析中采用了二維簡化模型,如圖2所示。

圖1 電子槍的模型圖2 二維簡化有限元模型

2.2 穩態分析

利用穩態模擬某行波管電子槍的工作狀態,分析中采用了熱傳導和熱輻射兩種熱傳方式,在燈絲上加載體生成熱,得到了陰極的穩態工作時陰極中心溫度并與試驗結果進行了比較,圖3所示。

圖3 不同功率下電子槍陰極中心溫度

2.3 熱形變分析

通過上面模擬結果與試驗結果的一致性,在熱分析的基礎上對電子槍進一步進行了結構分析,我們采用了與上面分析的電子槍尺寸差別不大的某型號電子槍進行分析,將分析得到的熱狀態結果(圖4為陰極的溫度示意圖)作為結構分析的熱載荷加載到電子槍結構模型上,添加了材料的熱膨脹系數、密度、彈性模量和泊松比等結構參數,得到了該電子槍陰極中心溫度為1026℃時的陰極的軸向位移(圖5中為Y方向),Y方向的最大位移變化為0.0446mm,并與理論分析進行比較,與實際設計的結構吻合的很好,并利用此數據對電子槍的性能參數進行了分析,為設計人員提供了參考的依據。