實驗名稱：螺旋載荷下管中彎曲模態導波激勵方法分析

實驗內容：本文首先基于簡正模態展開方法，從理論上分析了管道在螺旋切向載荷下的激勵響應，推導了螺旋載荷下彎曲模態的激勵幅值公式，進一步研究了目標模態、螺旋夾角、載荷施加方式和激勵頻率等對目標模態純凈度的影響，總結了螺旋載荷下管中純凈彎曲模態的激勵方法，最后給出了案例分析。。基于磁致伸縮效應，設計了彎曲模態螺旋激勵實驗。實驗結果與有限元數值模擬及理論推導結果相吻合，進一步驗證本文理論推導的正確性和可行性。

研究方向：無損檢測

測試設備：波形信號發生器、ATA-3080功率放大器、磁致伸縮導波傳感器、信號調理模塊和信號采集設備。

實驗過程：

圖：實驗裝置圖

實驗裝置包括任意波形信號發生器、ATA-3080功率放大器、磁致伸縮導波傳感器、信號調理模塊和信號采集設備。實驗過程如下：

首先，任意波形信號發生器產生激勵信號，信號通過功率放大器（Aigtek ATA-3080）放大后，流經磁致伸縮導波傳感器的激勵線圈。由于磁致伸縮效應，傳感器對管道施加作用力，激勵出超聲導波。在管道一端，鐵鈷合金條帶用環氧樹脂膠水螺旋狀黏貼，螺旋夾角12.8°，條帶寬20mm、厚0.15mm。漆包線（直徑0.8mm）纏繞30匝，永磁體沿螺旋方向均勻置。產生垂直于條帶軸的交變磁場。此配置激勵管道中的剪切波。回波信號通過磁致伸縮導波傳感器接收，信號經過微弱信號調理模塊（包括前置放大和濾波），然后傳送至信號采集設備（NIPXIe-1082）。信號采集設備用于顯示和后期處理。信號接收裝置使用四分之一圓周面的鐵鈷合金條帶，覆蓋管道環境的四分之一，減少軸對稱模態的干擾。接收換能器同樣纏繞30匝漆包線，用于剪切應變傳感。通過以上步驟，實驗可以有效地激勵和檢測管道中的超聲導波，分析彎曲模態導波的特性。

實驗結果：

圖：實驗結果

實驗結果與解析計算以及仿真模擬的結果相吻合，驗證了有限元模擬的準確性，同時也進一步說明了理論分析的正確性和螺旋載荷下管中純凈彎曲模態激勵方法的可行性。

功率放大器推薦：ATA-3080C

圖：ATA-3080C功率放大器指標參數

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審核編輯 黃宇