微波电真空器件具有高功率、高增益的显著特点,而其中的行波管由于频带宽、增益高、寿命长和可靠性高等诸多优点,目前的使用最为广泛。随着近些年我国空间技术等前沿科技的不断发展,对行波管的需求量也逐渐增大,但是在电性能指标和可靠性要求上,国产行波管与进口行波管还存在着一定的差距,尤其在许多特定情况下的产品指标还无法达到要求。行波管结构复杂,其设计制造涉及电磁学、热学和力学等多个领域,由于其特殊的用途,产品只能小批量生产,成本极高,无法对很多新的结构进行实物检测。计算机辅助设计(CAD)已经成为行波管设计中必不可少的一部分,行波管CAD仿真软件也已经成为行波管设计、检测、制造等方面非常重要的工具。欧美等国已经实现了行波管的多物理场协同仿真计算,但是现在国内的行波管的热学和力学特性的仿真分析还是主要依靠通用软件和基于这些软件的二次开发程序。行波管专用仿真软件主要针对电磁特性进行仿真计算,还没有涉及热学和力学特性领域。本文的课题是基于这样的背景展开的。首先,本文通过对国内外有限元热应力仿真软件进行调研,选取具有代表性的ANSYS软件进行重点研究,了解其操作过程,为给实验室开发的专用仿真软件微波管模拟器套装软件(MTSS)开发热应力分析模块提供了方向。然后,本文使用ANSYS软件对螺旋线行波管慢波结构进行热-结构耦合分析,介绍了其热-结构耦合模拟计算的具体过程,得到了热分析结果云图和位移云图,并对仿真结果进行简单分析,肯定了其在行波管可靠性分析方面的现实作用。随后,本文给出了热应力仿真计算的基本理论,通过三角形单元,推导了有限元分析的基本矩阵公式,给出了热应力有限元计算的具体实现过程。接着,根据所推导的理论公式,编写了热应力有限元分析的二维计算程序,通过流程图介绍了程序整体框架和各个部分实现的具体过程。之后,使用编写程序通过对简单实例模型的分析计算,并使用ANSYS软件仿真计算同样的模型,将其结果进行对比,验证程序的正确性。本文通过对热应力有限元计算的研究,编写及实现了二维热应力有限元程序,为实验室的专用仿真软件MTSS热应力分析模块的开发做好前期准备并打好一定的基础,对随后的三维有限元模块的实现提供指引作用。