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ANSYS在电子枪的热结构耦合分析中的应用

1.引言

电子枪是行波管的重要部件，内置的发热灯丝发热使热量传递到阴极上，使阴极材料上的电子获得足够的能量，受具体而言激并发射。温度场的分布，热应力和变形都是仪表壳电子枪可靠性设计的重要参数，本文通过考虑热传导和热辐射对电子枪的温度场进行模拟分析，并在此基础上用间接耦合方式进行了热形变分析，得到了电子枪阴极的轴向位移。

2.电子枪的热分析

2.1 电子枪的简化模型

由于电子枪（图1整体模型）的轴对称结构特点，为了简化结构，分析中采用了二维简化模型，如图2所示。

图1 电子枪的模型

位移示值极限误差： ≥2mm时优于示值的±0.5%之内

图2 二维简化有限元模型

2.2 稳态分析

利用稳态模拟某行波管电子枪的工作状态，分析中采用了热传导和热辐射两种热传方式，在灯丝上加载体生成热，得到了阴极的稳态工作时阴极中心温度并与试验结果进行了比较，图3所示。

图3 不同功率下电子枪阴极中心温度

2.3 热形变分析

<橡胶密封p>通过上面模拟结果与试验结果的一致性，在热分析的基础上对电子枪进一步进行了结构分析，我们采用了与上面分析的电子枪尺寸差别不大的某型号电子枪进行分析，将分析得到的热状态结果（图4为阴极的温度示意图）作为结特别是汽车行业构分析的热载荷加载到电子枪结构模型上，添加了材料的热膨胀哈飞配件系数推台锯、密度、弹性模量和泊松比等结构参数，得到了该电子枪阴极中心温度为1026℃时的阴极的轴向位移（图5中为Y方向），Y方向也就决议了拉力机的构造的最大位移变化为0.0446mm，并与理论分析进行比较，与实际设计的结构吻合的很好，并利用此数据对电子枪的性能参数进行了分析，为设计人员提供了参考的依据。

图4 阴极的温度云图

图5 阴极在 1026℃下的轴向位移变化

3.结论

通过利用 ANSYS软件对电子枪进行热稳态分析和热结构耦合分析，得到的仿真结果符合实际的结果，说明有限元热模拟技术可以直观的反映电子枪中阴极组件工作时的热状态以及对电子枪的可靠性提供指导性建议。(end)

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