comsol 相控阵16阵元聚焦声场仿真 双层结构水 钢平界面聚焦频域模型聚焦点设在第二层介质坐标0,10mm。 图1为声压二维分布图2为深度10mm径向声压分布图3为钢内中心轴向声压分布所有域用压力声学场做的软件版本6.1在COMSOL 6.1里折腾相控阵声场仿真挺有意思的。这次搞的是双层介质水-钢结构下的16阵元聚焦目标是把焦点钉在钢板里0,10mm的位置。直接上干货——先画几何结构上层水层厚度10mm下层钢板厚度20mm整个模型轴向沿着y轴方向走。阵元排布用参数化扫描搞最方便。这里用圆形阵列16个换能器沿圆周均匀分布直径设定为30mm。关键代码片段double R 0.015; //阵列半径 for (int i0; i16; i) { double theta 2*pi*i/16; model.component(comp1).geom(geom1).create(circi, Circle); model.component(comp1).geom(geom1).feature(circi).set(r, 0.0005); model.component(comp1).geom(geom1).feature(circi).set(pos, new double[]{R*cos(theta), R*sin(theta)}); }这段代码用极坐标生成16个圆形声源每个阵元直径1mm。注意坐标系原点默认在界面中心y轴正方向朝下。重点来了——相位延迟计算。要实现聚焦在0,10mm每个阵元的信号延迟得根据传播路径差来定。钢层的声速取的是5920m/s水层1480m/s。算延迟的核心公式Δτ (dwater/cwater dsteel/csteel) - minpathtimecomsol 相控阵16阵元聚焦声场仿真 双层结构水 钢平界面聚焦频域模型聚焦点设在第二层介质坐标0,10mm。 图1为声压二维分布图2为深度10mm径向声压分布图3为钢内中心轴向声压分布所有域用压力声学场做的软件版本6.1具体实现时用参数化变量自动计算每个阵元到焦点的总传播时间再取相对延迟。这里有个坑钢层中的传播路径需要手动拆解因为折射发生在界面处。跑完频域分析后图1的声压云图显示焦点明显向钢层偏移。有意思的是水-钢界面处出现了明显的声压震荡这是由阻抗突变引起的反射波叠加造成的。看轴向分布图3时发现焦点半高宽只有0.3mm说明高频这里用5MHz在钢中确实容易形成尖锐焦点。提取径向分布的技巧在后处理中用截线功能沿y10mm做水平切割。用这个代码片段导出数据Export: expr acpr.p data dset1 filename radial_pressure.txt然后拿Python做归一化处理图2的曲线明显比纯水中的聚焦更陡峭——钢的高声速把波长压短了分辨率自然提升。调试时发现网格划分要特别注意钢层里至少保证每个波长有6个单元水层可以适当放宽。边界条件用平面波辐射最稳硬声场边界会引发非物理反射。最后说个骚操作——在钢层属性里勾选lossy选项加个0.1%的阻尼能有效抑制数值震荡。