当前位置：首页 > news >正文

comsol 双层结构曲界面声场仿真聚焦探头（焦距60mm，晶片直径14mm）辐射声场在双层...

news 2026/7/25 4:37:08

comsol 双层结构曲界面声场仿真聚焦探头（焦距60mm，晶片直径14mm）辐射声场在双层介质（水钢）中声压分布，钢为凸界面，曲率半径50mm。当第二层介质声速大于第一层介质声速时，凸界面使声场自发聚焦，所以仿真中在15mm深度能量最强。图一为二维声压分布，图二为三维声压分布，图三为15mm深度径向声压分布，图四为轴向声压分布。软件版本6.1

打开COMSOL 6.1时突然想到个有趣的现象：当超声波穿过不同介质时，界面形状会像魔法师一样操控声波路径。最近做的这个水-钢双层结构仿真就验证了这一点——凸曲面钢层把声波自动聚成了"能量弹"。

先看几何建模的骚操作：

% 水层建模（0-10mm） water_layer = model.geom.create('water',2); model.geom('water').feature().create('r1', 'Rectangle'); model.geom('water').feature('r1').set('size', {'0.014[m]' '0.01[m]'}); % 钢层曲面构建（曲率半径50mm） steel_curve = mphgeom(model,'geom1', 'curve', 'domain', 2, 'resolution', 'fine'); model.component('comp1').geom('geom1').create('int1','InterpolationCurve'); model.component('comp1').geom('geom1').feature('int1').set('table', steel_curve);

这段代码里最妙的是用插值曲线生成凸曲面，避免了手动计算坐标点的麻烦。注意曲率半径参数直接影响后续声场聚焦效果，50mm这个值刚好能让15mm深度形成强聚焦。

材料参数设置藏着玄机：

% 水介质参数 model.material.create('mat1'); model.material('mat1').propertyGroup.create('SoundVelocity', '基本'); model.material('mat1').propertyGroup('SoundVelocity').set('c', 1480); % 钢介质各向异性设置 model.material.create('mat2'); model.material('mat2').propertyGroup.create('AnisotropicElasticity', '弹性'); model.material('mat2').propertyGroup('AnisotropicElasticity').set('C', [264 155 155 0 0 0; 155 264 155 0 0 0; 155 155 264 0 0 0]);

钢的弹性矩阵参数是关键，这里用典型碳钢的弹性常数。注意水-钢的声速比(约3:1)导致折射角变化，这是形成自发聚焦的物理基础。

求解器设置有个小技巧：

model.study.create('std1'); model.study('std1').create('time', 'Transient'); model.study('std1').feature('time').set('tlist', 'range(0,5e-8,1e-6)'); model.study('std1').feature('time').set('usein', true);

时间步长5e-8秒的设置经过多次试错，既能捕捉高频振动又避免计算爆炸。建议先用粗网格试算，确定焦点位置后再局部加密。

从结果图中能挖出几个彩蛋：