张　鹏,于浩洋,谢忠玉

(黑龙江工程学院 电气与信息工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)



单轴式声悬浮器的仿真与优化

张鹏,于浩洋,谢忠玉

(黑龙江工程学院 电气与信息工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

摘要：介绍一种单轴式声悬浮器的分析和优化方法，应用有限元分析方法对由平面反射面和单轴式郎之万超声换能器组成的单轴式声悬浮器进行仿真分析，确定作用在被悬浮小球上的声辐射势以及悬浮力，并通过在悬浮器中放置小球的方法对仿真结果的正确性进行验证。文中还使用相同的方法对由凹球面反射面组成的悬浮器进行优化设计，确定最优谐振腔高度以及凹球反射面的最优曲面半径。仿真和实验结果表明，经过优化设计的凹球反射面声悬浮器的悬浮性能是平面反射面声悬浮器性能的2.51倍。

关键词：单轴式；超声悬浮；凹球反射面；有限元方法

超声驻波悬浮是一种利用高强度超声驻波声场中产生的声辐射力来平衡重力，使得声场中物体悬浮起来的现象。1866年，德国人August Kundt首次发现声悬浮现象，之后，声悬浮技术得到了迅速发展，成为一种优秀的实验和操纵技术，在物体性质的测量、流体的力学性能分析、无容器条件下的材料制备[1]、地面失重现象模拟[2]、微操控系统、生物工程[3]等领域是一项不可或缺的实验手段。在各种悬浮技术中，声悬浮技术对被悬浮物体的物理性质没有特殊要求，理论上可以浮起任何物体，悬浮力较大且控制方法多样，从而得到了广泛的应用[4-9]。……