基于時域有限差分法的聲輻射力研究.pdf

1、聲波攜帶動量和能量，處于聲場中的物體會對聲波產(chǎn)生散射、折射、吸收，從而與聲波發(fā)生動量和能量交換，會受到聲輻射力的作用。利用聲輻射力可以實現(xiàn)無損、非接觸操控微納米粒子，該效應在細胞生物、生物物理、生物醫(yī)學工程等領域具有廣泛的應用前景，是最近科學界和工程界的研究熱點之一。在理論上對聲輻射力的深刻認識是該效應推向應用的基礎。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)則聲場中的聲輻射

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

3、然后，研究了鋼柱處于亞波長縫結構表面受到的聲輻射力。在亞波長縫處于一階共振頻率范圍內，鋼柱受到的聲輻射力大于無縫結構時的輻射力。此外，還討論了在一階共振頻率范圍內，亞波長縫寬度、深度以及鋼柱與縫之間距離等對聲輻射力峰值的影響。理論結果表明：隨著亞波長縫寬度的減小，深度的增加，細縫與圓柱之間距離的縮短，輻射力峰值均有增大的趨勢，這與亞波長縫的一階共振頻率的改變趨勢相一致，也表明聲輻射力增強效應是由于亞波長結構引起的。對亞波長縫結構中鋼球受