应用案例

【概述】

河南工业大学研究团队使用ATA-2021B高压放大器，搭建焊缝特征导波监测实验平台。

实验名称：基于压电理论近场动力学方法的焊缝特征导波传播特性研究

研究方向：机械工程、超声导波无损检测、近场动力学理论、压电材料力学、焊缝结构健康监测

实验设备：任意函数发生器、ATA-2021B高压放大器、压电陶瓷片、示波器等。

实验内容：本研究针对焊缝结构中特征导波（FGWs）传播特性的分析难题，提出了一种新型压电近场动力学方法。通过建立键伸长与电势差的关系，将压电效应纳入密度函数，把压电本构关系引入近场动力学理论框架，构建了压电近场动力学模型。基于该模型，推导了焊缝结构中FGWs的频散方程，通过实验验证了所提模型的准确性，并与半解析有限元（SAFE）法、常规近场动力学法进行对比分析。

实验过程：

图：实验系统图

图：实验系统实物图

为进一步验证所研究模型的有效性，搭建了焊缝特征导波监测系统，对焊缝结构进行检测，实验系统由任意函数发生器、Aigtek的ATA-2021B高压放大器、压电陶瓷片、示波器、数据存储与分析终端；其中安泰高压放大器为激励系统的核心配套设备，可将任意函数发生器输出的激励信号进行高精度、低失真的功率放大，保障了在焊缝金属结构中有效激发焊缝特征导波剪切模态，同时可通过放大倍数调节适配不同厚度、不同焊缝类型试件的激振需求。

实验整体流程分为以下环节：1.试件制备与标定：加工带焊缝结构的金属试件，完成表面抛光与耦合剂预处理，标定压电陶瓷片粘贴位置，保证激振-传感路径的一致性与可重复性；2.系统的搭建与调试：按规范完成全系统硬件连接，完成安泰高压放大器的放大倍数、激励频率、输出阻抗等核心参数校准，开展空载调试确认系统运行稳定、无信号失真、无硬件故障；3.焊缝特征导波的采集：将压电片贴合至焊缝试件指定位置，通过安泰高压放大器输出稳定的激励信号，同步采集特征导波在焊缝中的传播信号，每组测试重复3次保证数据重复性；4.多工况对比测试：调整激励频率、焊缝类型、试件厚度等核心变量，开展多组工况测试，获取不同条件下的导波传播特征数据；5.数据处理与验证：对采集信号进行降噪、时域/频域分析，结合压电近场动力学理论模型开展数值模拟对比，完成实验数据的可靠性验证，全流程闭环完成实验测试。

实验结果：

图：实验结果

1.成功构建了适用于压电材料的近场动力学模型，解决了传统连续介质力学在处理焊缝类不连续结构时的应力奇异性问题，实现了导波在焊缝结构中传播的高精度模拟。

2.数值模拟清晰捕捉到了特征导波在焊缝区域的模态转换、散射和衰减现象，明确了不同频率导波在焊缝中的传播规律，获取了焊缝结构对导波传播特性的影响机制。

3.实验实测结果与数值模拟结果吻合度较高，验证了所建立的压电近场动力学模型的准确性和可靠性。

4.对比分析表明，相较于传统有限元法，近场动力学模型在处理焊缝类不连续结构的导波传播问题时，具有更高的计算精度和更强的复杂结构适应性，为焊缝结构的健康监测提供了新的理论方法和技术支撑。

安泰放大器在此应用中的产品优势：

一、高电压输出能力——有效激励压电陶瓷片

二、宽频带与高压摆率——精准匹配焊缝特征导波检测频段

三、低失真与高输出稳定性——保障多工况重复测试的激励一致性

【推荐产品】：ATA-2021B高压放大器

图：ATA-2021B高压放大器指标参数

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