实验名称：螺旋载荷下管中弯曲模态导波激励方法分析

　　实验内容：本文首先基于简正模态展开方法，从理论上分析了管道在螺旋切向载荷下的激励响应，推导了螺旋载荷下弯曲模态的激励幅值公式，进一步研究了目标模态、螺旋夹角、载荷施加方式和激励频率等对目标模态纯净度的影响，总结了螺旋载荷下管中纯净弯曲模态的激励方法，最后给出了案例分析。。基于磁致伸缩效应，设计了弯曲模态螺旋激励实验。实验结果与有限元数值模拟及理论推导结果相吻合，进一步验证本文理论推导的正确性和可行性。

　　研究方向：无损检测

　　测试设备：波形信号发生器、ATA-3080功率放大器、磁致伸缩导波传感器、信号调理模块和信号采集设备。

　　实验过程：

　　图：实验装置图

　　实验装置包括任意波形信号发生器、ATA-3080功率放大器、磁致伸缩导波传感器、信号调理模块和信号采集设备。实验过程如下：

　　首先，任意波形信号发生器（Rigol DG1022）产生激励信号，信号通过功率放大器（Aigtek ATA-3080）放大后，流经磁致伸缩导波传感器的激励线圈。由于磁致伸缩效应，传感器对管道施加作用力，激励出超声导波。在管道一端，铁钴合金条带用环氧树脂胶水螺旋状黏贴，螺旋夹角12.8°，条带宽20mm、厚0.15mm。漆包线（直径0.8mm）缠绕30匝，永磁体沿螺旋方向均匀置。产生垂直于条带轴的交变磁场。此配置激励管道中的剪切波。回波信号通过磁致伸缩导波传感器接收，信号经过微弱信号调理模块（包括前置放大和滤波），然后传送至信号采集设备（NIPXIe-1082）。信号采集设备用于显示和后期处理。信号接收装置使用四分之一圆周面的铁钴合金条带，覆盖管道环境的四分之一，减少轴对称模态的干扰。接收换能器同样缠绕30匝漆包线，用于剪切应变传感。通过以上步骤，实验可以有效地激励和检测管道中的超声导波，分析弯曲模态导波的特性。

　　实验结果：

　　图：实验结果

　　实验结果与解析计算以及仿真模拟的结果相吻合，验证了有限元模拟的准确性，同时也进一步说明了理论分析的正确性和螺旋载荷下管中纯净弯曲模态激励方法的可行性。

　　功率放大器推荐：ATA-3080C

　　图：ATA-3080C功率放大器指标参数

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