基于時(shí)域有限差分法的聲輻射力研究.pdf

1、聲波攜帶動(dòng)量和能量，處于聲場(chǎng)中的物體會(huì)對(duì)聲波產(chǎn)生散射、折射、吸收，從而與聲波發(fā)生動(dòng)量和能量交換，會(huì)受到聲輻射力的作用。利用聲輻射力可以實(shí)現(xiàn)無損、非接觸操控微納米粒子，該效應(yīng)在細(xì)胞生物、生物物理、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，是最近科學(xué)界和工程界的研究熱點(diǎn)之一。在理論上對(duì)聲輻射力的深刻認(rèn)識(shí)是該效應(yīng)推向應(yīng)用的基礎(chǔ)。然而，現(xiàn)階段理論工作主要基于散射波理論，該算法僅僅局限于研究球狀體或者柱狀體處于平面波、駐波、高斯束等規(guī)則聲場(chǎng)中的聲輻射

2、力。在本工作中，引入時(shí)域有限差分算法計(jì)算聲輻射力，并利用該算法研究了鋼柱處于亞波長(zhǎng)縫附近受到的聲輻射力，獲得了鋼柱在亞波長(zhǎng)縫中所受到輻射力的一般規(guī)律。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，研究了基于三維時(shí)域有限差分法與應(yīng)力張量理論計(jì)算聲輻射力的一般理論，獲得了鋼球在平面波聲場(chǎng)中受到的聲輻射力，計(jì)算結(jié)果與散射波理論吻合良好。該方法能計(jì)算任意結(jié)構(gòu)、形狀、材料的微粒在任意聲場(chǎng)中受到的聲輻射力和力矩，可以極大增強(qiáng)對(duì)聲輻射力的理論認(rèn)識(shí)。
　　

3、然后，研究了鋼柱處于亞波長(zhǎng)縫結(jié)構(gòu)表面受到的聲輻射力。在亞波長(zhǎng)縫處于一階共振頻率范圍內(nèi)，鋼柱受到的聲輻射力大于無縫結(jié)構(gòu)時(shí)的輻射力。此外，還討論了在一階共振頻率范圍內(nèi)，亞波長(zhǎng)縫寬度、深度以及鋼柱與縫之間距離等對(duì)聲輻射力峰值的影響。理論結(jié)果表明：隨著亞波長(zhǎng)縫寬度的減小，深度的增加，細(xì)縫與圓柱之間距離的縮短，輻射力峰值均有增大的趨勢(shì)，這與亞波長(zhǎng)縫的一階共振頻率的改變趨勢(shì)相一致，也表明聲輻射力增強(qiáng)效應(yīng)是由于亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)引起的。對(duì)亞波長(zhǎng)縫結(jié)構(gòu)中鋼球受