超聲駐波聲懸浮能力及其穩(wěn)定性仿真與實(shí)驗(yàn).pdf

1、超聲駐波懸浮技術(shù)，是非接觸式支撐技術(shù)的一種，它能夠用來(lái)模擬空間環(huán)境的微重力、無(wú)接觸等特性，為生物化學(xué)以及材料科學(xué)領(lǐng)域提供一種接近理想狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)條件，還能夠克服傳統(tǒng)的接觸式操作對(duì)精密零件表面的破壞等問(wèn)題。超聲駐波懸浮是利用超聲換能器的輻射端產(chǎn)生高頻的活塞式振動(dòng)，在介質(zhì)中形成聲場(chǎng)，在聲波傳輸路徑上放置反射端，使聲波反射回來(lái)與入射聲波相互疊加，調(diào)節(jié)輻射端面與反射端面之間的距離，使之為超聲波半波長(zhǎng)的整數(shù)倍，入射波與反射波在聲場(chǎng)空間中反復(fù)多次疊加

2、形成高強(qiáng)駐波聲場(chǎng)，并形成輻射聲壓，置于駐波聲場(chǎng)中的物體在輻射聲壓的作用下，將達(dá)到懸浮狀態(tài)。
　　本文首先分析了理想媒質(zhì)中的聲波方程，并通過(guò)平面駐波的基本概念，推導(dǎo)出了平面駐波聲場(chǎng)中，媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)速度及聲場(chǎng)空間中聲壓的分布；結(jié)合Gor’kov的時(shí)間平均勢(shì)理論，推導(dǎo)出相對(duì)時(shí)間平均勢(shì)、軸向聲懸浮力和聲回復(fù)力常數(shù)的表達(dá)式，并理論分析了被懸浮物在駐波聲場(chǎng)中穩(wěn)定懸浮的位置；通過(guò)建立簡(jiǎn)化的碰撞模型，從動(dòng)量交換的角度，分析了駐波聲懸浮的基本原理并定性

3、分析懸浮位置。
　　其次，探討了具有平面反射面的聲懸浮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)（諧振腔長(zhǎng)度、反射端面直徑和輻射端面直徑）對(duì)懸浮能力的影響，確定了反射面為平面時(shí)最優(yōu)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)。根據(jù)凹球面的聚焦作用，將反射面設(shè)計(jì)為凹球面的形式，優(yōu)化了聲懸浮裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)；對(duì)超聲駐波聲場(chǎng)進(jìn)行了仿真，分別確定了反射面為平面和凹球面時(shí)，在不同諧振腔長(zhǎng)度下，聲場(chǎng)中的理論懸浮位置及每層懸浮位置處的軸向和徑向回復(fù)力常數(shù)，對(duì)比懸浮系統(tǒng)的懸浮穩(wěn)定性。
　　最后，根據(jù)單