[发明专利]一种螺旋线行波管高频结构石墨热挤压工艺的仿真方法

说明书

本发明属于微波真空电子器件加工工艺技术研究领域，涉及一种螺旋线行波管高频结构石墨热挤压工艺的仿真方法。本发明首先针对升温和降温两个过程中边界条件和环境初始条件不同的问题，将升温和降温两个过程分成两个工程进行模拟仿真；然后针对两个过程模型的不连续性问题，使用ANSYS Workbench中自带的CAD软件SpaceClaim对模型进行修复，以保证两个过程模型的连续性。本发明提高了石墨热挤压工艺模拟的精度，为实际加工提供了仿真分析指导，并减低了生产成本，缩短了研制周期。

技术领域

本发明属于微波真空电子器件加工工艺技术研究领域，涉及一种螺旋线行波管高频结构石墨热挤压工艺的仿真方法。

背景技术

螺旋线行波管以其宽频带，大功率，效率高等优良特征，被广泛应用于军事、民用领域。螺旋线行波管对电、热和机械性能都有严格的要求，需要精心设计。在螺旋线行波管的制造过程中，加工和装配工艺对螺旋线行波管的几何参数和电性能有很大的影响。研究螺旋线行波管高频结构的装配工艺有助于改善高频结构的综合性能。实验表明，石墨热挤压工艺可有效减少夹持杆和管壳、夹持杆和螺旋线间接触面积，提高高频结构散热性能。

石墨热挤压工艺实际过程如下：将低膨胀系数的石墨模具套在管壳的外部，将螺旋线和夹持杆组件按要求装入管壳内，然后将整个组件放入氢炉进行高温加热。管壳在高温下膨胀时受到模具的限制，从而产生向内的径向压力将内部组件挤压紧，冷却降温时，管壳收缩后将内部组件进一步压紧。

行波管高频结构种类繁多，尺寸范围变化广，材料特性差异大，冷状态下的装配误差，加工温度时间等都将影响石墨热挤压工艺效果。由于经验公式和仿真分析的缺乏，为制造出合格的高频结构，实际加工中通常需要进行大量实验来确定各类高频结构的加工流程细节，极大地耗费了时间和人力资源。使用计算机CAD技术辅助模拟该工艺流程，可有效预判加工后螺旋线行波管高频结构的形变量和综合性能，根据仿真分析结果对工艺流程进行指导修正，可提高成品率，降低生产成本，缩短研制周期。

在ANSYS Workbench中使用热力耦合分析模拟石墨热挤压法时，升温过程，外管壳和底面均设置为固定面，初始温度为室温，终态温度约为700℃-1000℃高温。降温过程中，只设置底面为固定面，初始温度为升温终态高温，终态温度为室温。由于升温和降温两个过程边界条件和环境初始条件不同，所以不能在同一个工程中进行全过程分析。并且当升温和降温分开两个工程计算时，无法保证两个过程模型形变的连续性。目前，在已有的高频结构加工工艺的仿真研究中，只有单独的升温过程或降温过程，升温降温过程联合仿真问题亟待解决。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决现有石墨热挤压工艺实际加工过程中因缺乏经验公式和仿真分析指导，以及无法将升温和降温两个过程连接起来的系统仿真方法对全过程进行模拟，导致研制成本高、周期长以及精度低的问题；本发明提供了一种螺旋线行波管高频结构石墨热挤压工艺的仿真方法，指导实际加工过程从而降低生产成本缩短周期。

一种螺旋线行波管高频结构石墨热挤压工艺的仿真方法，包括以下步骤：

步骤1、建立冷状态下装配后的原模型；

根据实际高频结构的尺寸在ANSYS Workbench的CAD软件Geometry中建立原模型，设置相应材料特性参数。

步骤2、在ANSYS Workbench中模拟升温过程；

建立冷状态下装配好的高频慢波结构模型并导入ANSYS Workbench中，使用热瞬态和静力结构耦合分析，将热瞬态分析的结果作为静力结构分析的载荷，模拟热胀过程形变，得到热形变后模型。设定外表面为固定面模拟石墨外套模具，设定底面为固定面模拟放置面，添加随时间变化的对流边界条件模拟慢波结构升温至恒定高温，按照实际加工温度和加工时间设置对流的环境温度、对流换热系数；

步骤3、在SpaceClaim中修复ANSYS Workbench中热形变后模型；