行波管的应用特殊性、不可维修性以及卫星造价的昂贵，使得我们对它的各方面研究，特别是对动力学可靠性性能研究是至关重要的。由于行波管应用环境的恶劣，包括随机振动、正弦振动和冲击。因此，应尽量避免其受各种环境影响而导致的电性能等重要性能的变化。
　　
　　行波管的抗振动能力是行波管结构设计中一个关键技术，在行CAE波管结构设计过程中，如果仅仅依靠试验来验证行波管的可靠性，将增加大量人力物力，而行波管的动力学仿真分析对提高行波管的可靠性是至关重要的，它不仅有助于行波管在研发阶段寻求化的解决方案，而且能缩短行波管的研制周期、降低生产成本、确保产品质量。
　　
　　2 动力学分析
　　
　　2.1 问题分析
　　
　　某行波管整管结构需要作随机振动环境试验，由于结构本身的特点和各种特性指标，需要在整管模型的关键部件窗结构（应力较大）设计一个能够起到支撑保护的支架结构，分析支架设计前后关键部件处的应力、加速度和位移等响应的变化，提高行波管整管结构的可靠性。
　　
　　2.2 模型的建立
　　
　　首先利用 Pro/E软件建立三维实体模型，优化模型后将三维实体模型通过ANSYS软件与Pro/E软件的模型连接接口导入ANSYS Workbench软件中，底座与振动台通过12个螺钉固定。图1为无支架整管模型，图2为安装支架的整管模型。图2 中黄色部件为支架结构。模型中的材料属性包括各种材料的杨氏模量、泊松比、密度。


　　
　　　　
　　图1 无支架整管模型
　　
　　　　
　　图2 有支架整管模型


　　
　　2.3 模态分析
　　
　　由于结构的振动特性决定结构对于各种动力载荷的响应情况，所以在准备进行随机分析之前首先要进行模态分析，使结构设计避免共振或以特定频率进行振动，本文分析中首先通过模态求解出整管模型的振动特性，分别求出有支架和无支架整管模型的固有频率。如表1所示。


　　
　　　　


　　
　　从表1结果可以看出，有支架模型的固有频率明显比无支架模型的固有频率低，由此可得，当以试验台固有频率2000Hz为例，有支架模型的第三阶频率接近试验台固有频率，而无支架模型的第四阶频率明显高于试验台固有频率，说明当模型进行振动分析时，无支架模型比有支架模型比较容易发生共振，有支架模型抗振动性更高。
　　
　　2.4 随机振动CAE仿真分析
　　
　　为了进一步证明有支架模型抗振动性强的特点，在模态分析的基础上对两种模型分别进行了随机振动分析，根据实际行波管的随机振动试验条件，将载荷定义为随机载荷，采用ANSYS软件中的Random Vibration模块进行分析。分析中所加载的载荷定义为功率谱密度函数，如图3所示。


　　
　　　　
　　图3 功率谱曲线


　　
　　分析结果如图4和图5所示，图4为无支架模型和有支架模型随机振动分析后窗结构应力比较结果，无支架模型窗结构应力为4.84e7Pa，有支架模型窗结构应力为2.48e7Pa；图5为无支架模型和有支架模型随机振动分析后窗结构位移比较结果，无支架模型窗结构位移为2.19e-5m，有支架模型窗结构位移为7.67e-6m，从分析结果数据可以明显看出，有支架结构窗结构应力和位移远小于无支架结构，同时利用与试验的比较证明了有支架模型的可靠性，说明有支架模型的设计分析合理性。


　　
　　　　
　　图4 两个模型随机振动窗结构应力
　　
　　 　　
　　图5 两个模型随机振动窗结构位移


　　
　　3 结论
　　
　　通过对行波管整管的cae无支架结构和有支架结构进行随机振动分析，得出了整管的模态分析数据、窗结构应力和位移的分析数据，结果表明无支架模型比有支架模型比较容易发生共振，有支架结构窗结构应力和位移远小于无支架结构，同时利用与试验比较证明了有支架模型抗振动性更强、可靠性更高，也说明有支架模型的设计分析合理性。

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