非对称人工结构板的微粒声操控研究

发布时间：2022-01-24 23:52

　　近年来,声辐射力的研究重点逐渐转移到声学人工结构调控声场方面。与传统方法相比较,利用声人工结构来操控微粒有许多优点,例如可以通过调整人工结构的晶格常数来设计不同频率的声捕获,也可通过调节人工结构来设计操控粒子的局域场。目前,操控粒子的声学人工结构大多是一维或二维的周期性声学结构。在本论文中,我们基于有限元法将研究拓展到非对称或三维结构上。本研究在一定程度上增强人们对声学操控的理解,推动声学操控的发展,并丰富声波操控微粒的途径。本文研究的具体工作分为以下几个方面:首先,基于三维声学结构板,本文研究了三维铜粒子所受的声辐射力。仿真结果表明,体系中的声学捕获是源于结构板中表面波的共振激发。此外,还研究了粒子尺寸和位置对声学捕获的影响,并且说明了声学捕获只发生在近场。其次,我们研究了一维周期性凹槽结构板中声表面波激励的声辐射力。结果表明,在声表面波所有频率范围内,粒子所受到的声辐射力均为负值,这表明该声学操控体系具有宽频效应。通过在该体系中引入梯度凹槽,可以控制声颗粒向声源移动,从而实现声颗粒的输运。最后,我们还研究了二维声子晶体中声腔对声辐射力的影响,设计了一种具有不同共振腔的扇形混合结构,... 

【文章来源】：吉首大学湖南省

【文章页数】：44 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

（a）、（b）、（c）分别表示了一维、二维、三维声子晶体周期性结构示意图

图 1.2 声线法计算声辐射力示意图[57]。当声场中微粒尺寸小于或近似等于声波波长时开成级数形式，同时根据边界条件求解出声波散论计算出声场中微粒所受的声辐射力[58]。及计算软件的简介通过有限元分析软件 COMSOL Multiphysics 建格剖分、求解及后处理等过程，得到了与实验学器件设计的重要环节，精确建模与仿真能够有造过程中的材料浪费和制备效率低等问题。一种求解复杂微分方程近似解的方法，主要是利行仿真模拟，将比较复杂的物理系统分解成大零”、“画圆为直”的方法，即将复杂的问题简软件有 COMSOL、ANSYS、PATRAN、ABSYS 软件易于学习、操作方便且运算速度快，

消除计算中的反射。除了有特殊说明外，文中一般设 0.2 ， 0.14 ， 0.0 和 0.09 ，以及 d 2mm。计算中所用黄铜的为 8600 kg/m3， 4400 m/s， 2100 m/s，水的材料参数为g/m3， 1490m/s，其中 ， ， 分别表示质量密度，纵波速度和横计算结果输出时频率以0/ 归一，其中0表示声波在水中的速度。径为 的球粒子放置在非粘性的流体中所受到的声辐射力为[52,62,64]∮ （2-分区域 S 为铜粒子的表面， 的方向为垂直粒子表面向外。时间平均张量为0 4240020 2（2-2）中， 代表单位张量，0和0分别代表质量密度和背景流体的声速， 和表示一阶速度场和压力场。采用无量纲方式，微粒受到的声力可表示为[46,52,73,74], ,/0（2-3中，0表示不存在粒子情况下相同位置入射声源能量密度。

【参考文献】：
硕士论文
[1]基于MEMS的声表面波器件设计与制作的关键技术研究[D]. 刘庆辉.国防科学技术大学 2004



本文编号：3607522