金属圆柱结构中声聚焦效应的研究

作     者：夏建平 刘宸 孙宏祥 张淑仪 刘树森 黄玉磊 Xia Jianping;Liu Chen;Sun Hongxiang;Zhang Shuyi;Liu Shusen;Huang Yulei

作者机构：江苏大学理学院流体机械工程技术研究中心镇江212013 南京大学声学研究所近代声学实验室南京210093 中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 

基　　金：国家重点基础研究发展计划(2012CB921504) 国家自然科学基金(11174142,11404147) 江苏省自然科学基金(BK20140519) 中国博士后基金(2015M571672) 江苏大学高级人才基金(13JDG106) 江苏大学青年骨干教师培养工程 江苏大学大学生实践创新训练项目 江苏大学科研立项 江苏大学工业中心创新训练项目 江苏省大学生实践创新训练项目(201510299047Y) 

出 版 物：《南京大学学报（自然科学版）》 (Journal of Nanjing University（Natural Science）)

年 卷 期：2015年第51卷第6期

页      码：1132-1138页

摘      要：研究浸没在水中金属空心圆柱结构的声聚焦效应及其物理机制,并探索声聚焦频率与圆柱结构参数之间的关系.研究表明:当超声波源从外侧入射到圆柱结构表面时,在圆柱结构中心会出现声聚焦效应.这种声聚焦效应源于金属圆柱结构中的位移本征模式,与之前研究利用负折射机制实现声聚焦效应完全不同,是一种全新的物理机制.在圆柱结构的位移本征模式作用下,入射声波的传播方向在圆柱结构内部发生重建,均沿着圆柱径向指向圆心,同时相位波形也呈现出同心圆分布,从而在圆柱结构中心聚焦成一个完美的圆形焦点,焦点在水平方向与垂直方向均表现出优异的聚焦性能.此外,基于声散射理论推导得到系统的特征方程,计算出声聚焦的特征频率,理论与数值结果符合很好.结果表明:圆柱结构可在多个频率出现声聚焦效应,相邻的两个声聚焦频率的间隔相同,且焦点的尺寸随着聚焦频率增加而变小.当金属圆柱结构的内外半径同时增大时,圆柱结构的声聚焦频率会减小,且声聚焦频率与圆柱的尺寸成反比关系.本研究为新型声聚焦器件的研制提供有效的设计思路及理论依据.

主 题 词：声聚焦,圆 柱,本征模式 

学科分类：07[理学] 082403[082403] 08[工学] 070206[070206] 0824[工学-林业工程类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.13232/j.cnki.jnju.2015.06.006

馆 藏 号：203618534...