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有限元方法计算周期复合材料等效声学参数

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【作者】 李政卢明辉张善涛

【Author】 LI Zheng;LU Minghui;ZHANG Shan-tao;College of Engineering and Applied Science,NanJing university;

【机构】 南京大学现代工程与应用科学学院材料科学与工程系

【摘要】 声学匹配层在超声换能器性能优化中占据着十分重要的地位,为了满足特定的声学参数要求,匹配层一般都是选用复合材料,但是传统方法制作的复合材料由于种种局限性,很难获得高质量的高阻抗声学匹配层,限制了他在多层匹配换能器中的应用。近年来,随着技术的发展,利用微加工方法制作的小尺度1-3或者2-2型周期复合材料的声阻抗可以在非常大范围内变化,而且同样也可以获得低的声衰减系数。此外,这种材料便于成批量生产,是一种具有广阔前景的新型换能器声阻抗匹配层材料。我们利用有限元仿真软件comsol multiphysics对周期复合材料进行仿真,以获得其等效声学参数随材料组分的变化关系。仿真获得的结果和利用ISO-STRAIN理论计算的结果十分一致,表明有限元仿真是一种可以评估这种周期结构复合材料等效声学参数的有效方法,由此获得的可靠数据可以用来给复合材料匹配层的优化设计提供帮助。

【Abstract】 Acoustic matching layer is very important for the whole performance of ultrasonic transducers. Usually, the matching layer is made from the composite materials for the requirement of the specific acoustic parameters. However, limitation of the tradition fabrication method hinder its development for the multilayer acoustic matching transducers.In recent years, with the development of the microfabrication. Fine scale 1-3 or 2-2 periodic composite materials have a ability toprovide a very wide range of acoustic impedance with the low acoustic attenuation properties. Meanwhile its quantity production capacity made it a promising acoustic matching layer for ultrasonic transducers.We simulate the periodic composite materials by the FEM software comsol multiphysics to get the relationship of its specific acoustic parameters with its materials composite change. Simulation result shows a good coincidence with the ISO-STRAIN theory results. Indicating the FEM simulation is a effective way to estimate the specific acoustic parameters of these periodic composite materials. And its reliable results can provide assistance for the optimization and design of the periodic composite matching layers.

  • 【会议录名称】 2016’中国西部声学学术交流会论文集
  • 【会议名称】2016’中国西部声学学术交流会
  • 【会议时间】2016-08-21
  • 【会议地点】中国四川成都
  • 【分类号】TB33;TB552
  • 【主办单位】中国声学学会微声学分会、中国声学学会物理声学分会、陕西省声学学会、浙江省声学学会、山东省声学学会、上海市声学学会、黑龙江省声学学会、水声技术重点实验室、重庆市声学学会、西安市声学学会、四川省声学学会
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