基于COMSOL的声悬浮模拟仿真
基于COMSOL的三维扬声器多物理场仿真
VI D E O A P P 视频应用与工程L IC A T IO N & P R O J E C T文献引用格式：田琪，凡凯，徐逢秋，等.基于C O M S O L 的三维扬声器多物理场仿真[J ].电视技术，2019,43(2):46 -5!TI^VN Q , F A N K , X U F Q , & al. M ultij^hysics S im ulation A nalysis o f 3D Speaker Based on C O M S O L[ J ] . V id e o en gin e e rin g , 2019, 43 (2 & ；46 -51.中图分类号：TN 643 文献标志码：A D O I ： 10.16280/j. videoe. 2019. 02. 011基于COMSOL 的三维扬声器多物理场仿真田琪，凡凯，徐逢秋，许贤泽(武汉大学电子信息学院，湖北武汉430072)摘要：为了提高扬声器等音频设备的设计效率和工作性能，通过多物理场分析软件对扬声器模型进行建模分析，并且基于扬声器的工作原理提出了 一种对三维复杂模型进行单项解耦的分析方法，该方法是把磁场单独提出来进行仿真计算，将 结果带入到声一固耦合仿真从而达到全耦合的效果。
利用该方法对模型进行时域仿真，其中分析了 O K 因子随音圈振动 产生的非线性失真对仿真的影响，分析了单项解耦方法得到下的仿真结果，并将声压级曲线与传统多物理场全耦合方法 的结果进行对比分析，讨论了单项解耦方法的可行性和优势，得到了在三维扬声器中单项解耦方法比全耦合方法更高效、 准确的结论。
关键词：扬声器；仿真；解耦；多物理场；C O M S O L;物理模型M ultiphysics Sim ulation Analysis of 3D Speaker B ased on COMSOLTIANQi ，FANKai ，XUFengiu，XUXianze# Electronic Information School, Wuhan University, Wuhan 430072, China')A b s tr a c t :In order to im prove the design e fficie n cy and w o rkin g perform ance o f audio equipm ent such as speakers，the speaker m odel is m odeled and analyzed *y m u lti - physics analysis softw are ，and based on the w o rkin g p rin c ip le o f the spe aker ，an analysismethod fo r single - de couplin g o f three - dim ensionalcom plex models is proposed. Them etliodis toseparately proposeic fie l(i to carry out tlie sim ula tion c a lc u la tio n，and b rin g the re sult in to the acoustic - solid co u p lin g sim ula tion to achieve the fu llco u p lin g effect. The tim e dom ain sim ula tion of the m odel is carried out by using th is m ethod. The influe nce o f t!ie n o n lin e a r disto rtio n generated by the B L factor w it!i the vilDration of t!ie voice c o il on the sim ula tion is analyzed. The sim ula tion results obtained by the single de couplin g method are an a lyze d ，and the sound pressure level curve is com pared w ith the tra d itio n a l one . The results ofthe physics fu llco u p lin g m ethod are com pared and analyzed. Thefe a s ib ility and advantages o f thesingle- itemde couplin gare discussed. The c onclusion that the single - item de couplin g method is more e ffic ie n t and accurate than the fu ll - co u p lin g m ethod in the three - dim ensional loudspeaker is obtained.K e y w o r d s :S peaker ; s im u la tio n ; d e c o u p lin g ; M u ltip h y s ic s ; C O M S O L ; ph ysica l m odel扬声器是一种将音频电信号转换成声音信号的 电声器件。
最新COMSOL Multiphysics仿真步骤资料
COMSOL Multiphysics仿真步骤1算例介绍一电磁铁模型截面及几何尺寸如图1所示，铁芯为软铁，磁化曲线(B-H)曲线如图2所示，励磁电流密度J=250 A/cm2。
现需分析磁铁内的磁场分布。
图1电磁铁模型截面图(单位cm)图2铁芯磁化曲线2 COMSOL Multiphysics仿真步骤根据磁场计算原理，结合算例特点，在COMSOL Multiphysics中实现仿真。
(1) 设定物理场COMSOL Multiphysics 4.0以上的版本中，在AC/DC模块下自定义有8种应用模式，分别为：静电场(es)、电流(es)、电流-壳(ecs)、磁场(mf)、磁场和电场(mef)、带电粒子追踪(cpt)、电路(cir)、磁场-无电流(mfnc)。
其中，“磁场(mef)”是以磁矢势A作为因变量，可应用于：①已知电流分布的DC线圈；②电流趋于表面的高频AC线圈；③任意时变电流下的电场和磁场分布；根据所要解决的问题的特点——分析磁铁在线圈通电情况下的电磁场分布，选择2维“磁场(mf)”应用模式，稳态求解类型。
(2) 建立几何模型根据图1，在COMSOL Multiphysics中建立等比例的几何模型，如图3所示。
图3几何模型有限元仿真是针对封闭区域，因此在磁铁外添加空气域，包围磁铁。
由于磁铁的磁导率，因此空气域的外轮廓线可以理想地认为与磁场线迹线重合，并设为磁位的参考点，即(21) 式中，L为空气外边界。
(3) 设置分析条件①材料属性本算例中涉及到的材料有空气和磁铁，在软件自带的材料库中选取Air和Soft Iron。
对于磁铁的B-H曲线，在该节点下将已定义的离散B-H曲线表单导入其中即可。
②边界条件由于磁铁的磁导率，因此空气域的外轮廓线可以理想地认为与磁场线迹线重合，并设为磁位的参考点，即(21) 式中，L为空气外边界。
为引入磁铁的B-H曲线，除在材料属性节点下导入B-H表单之外，还需在“磁场(mef)”节点下选择“安培定律”，域为“2”，即磁铁区域，在“磁场 > 本构关系”处将本构关系选择为“H-B曲线”。
基于COMSOL Multiphysics的磁悬浮仿真分析
基于COMSOL Multiphysics的磁悬浮仿真分析彭映庄;张通;尹洁威;邓科;孙晶【摘要】磁悬浮是利用磁力克服重力的一种技术,本文基于COMSOL Multiphysics有限元软件构建磁悬浮模型,通过仿真模拟,绘制了两种材料下不同托盘厚度与悬浮高度变化曲线,研究分析了磁悬浮中材料对悬浮高度的影响.【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2017(000)030【总页数】2页(P39-40)【关键词】抗磁性;磁悬浮;有限元模拟【作者】彭映庄;张通;尹洁威;邓科;孙晶【作者单位】吉首大学物理与机电工程学院,湖南吉首 416000;吉首大学物理与机电工程学院,湖南吉首 416000;吉首大学物理与机电工程学院,湖南吉首 416000;吉首大学物理与机电工程学院,湖南吉首 416000;吉首大学物理与机电工程学院,湖南吉首 416000【正文语种】中文19世纪40年代，Earnshaw首次提出磁悬浮的定义[1]。
磁悬浮是指在没有外界力的作用下，物体的重力与磁场提供的磁场力相互抵消，从而产生悬浮的一种技术。
随后科学家提出了多种磁悬浮的方案并将其应用在多个领域。
COMSOL Multiphysics是一款有限元模拟软件，可以进行多物理场的耦合。
Origin是一款专业的函数绘图软件。
本文利用COMSOL建立磁悬浮模型，通过分析悬浮高度与材料类型、托盘厚度的关系，并借助Origin软件绘制了以上关系曲线图。
抗磁悬浮是指抗磁质只在磁场作用下，能够稳定的悬浮在磁场上方。
当某一确定抗磁质处于悬浮平衡的时候，由公式（1）可知[2]。
ρ是抗磁质的密度，χ是磁化率。
抗磁性物质能够稳定的悬浮，与其所处的特殊的磁场有关，当磁场分布为驻波形式时，抗磁质能够稳定悬浮。
把2个空心圆柱体永磁体按如图1所示排列，要计算组合永磁体空间某点的磁场，单个空心圆柱体永磁体可视为一半径为R的实心圆柱体永磁体挖掉一半径为r的圆柱体永磁体(其中R＞r)，利用等效电流的方法，[3]因此，空心圆柱的空间磁场可以利用矢量叠加原理计算[4]，其表达式为。
基于comsol的声表面波器件仿真
I T 技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald74声表面波器件简单来说就是一个模拟电信信号处理的一种器件，主要的原理是利用压电介质中传播的声表面波。
声表面波的传播路径也和其他器件不一样，是沿固体传播的。
20世纪70年代，有人发明了叉指型的金属超声换能器，使其在压电晶体的表面上激发表面波的技术，这才在很多的领域引起关注，并且得到了广泛的应用。
才慢慢地形成了一种声表面波器件。
声表面波几个很显著的特点：首先是声表面波的传播速度，是比电磁波要慢很多倍的，因此在它的传播路径上就能够轻易地取样样本来处理。
声表面波器件能够提供给其他方法得不到的信号处理功能，这一功能的实现范围是在高频和超高频波段内，其形式也十分简单。
因此声表面波器件在很多领域都能够受到十分广泛的应用，这其中就包括雷达、通信和电子对抗。
由此可见声表面波是一种弹性声波，只在固体表面传播，表面以下几个波长的深度是其能量的聚集区域。
首先需要明确的是，器件仿真工作是研究声表面波器件制作以及设计的基础,以往的设计和制作通常会出现材料浪费的现象，而且设计的效率并不高，而通过仿真就可以完全避免这些情况的发生。
耦合模型、等效电路模型等都是仿真声表面波器件的很实用的方法，数据分析是通过编写代码的方式呈现的。
不过现在也是出现了大量的分析软件，比如A N S O F T、A N S Y S ，这样的话，流程就可以不用像之前那样的繁琐，通过软件即可进行完整的数据分析。
声表面波是一种可以把能量集中在固体表面的沿固体表面的传播性质的弹性波,可以利用电压基片表面的差值换能器在两个波长的范围内,在传感以及通信等等领域进行有效的激发saw器件。
这是被人广泛应用的，通过近几年的研究，saw 器件结构更加的人性化，不再仅仅是之前的以半无限压电基片的叉指换能器0形式的结构了。
乐甫波就器件是其中一种更加人性化的器件，它可以在叉指换能器的表面溅射一层很重要的薄膜。
基于COMSOL的声悬浮声场模拟仿真
基于COMSOL的声悬浮声场模拟仿真作者：黄健宇来源：《中国科技纵横》2019年第03期摘要：本文大致介绍了声悬浮与声悬浮力的理论，通过COMSOL模拟软件对声悬浮的声场进行模拟，以此分析液体本身性质与形状对声压分布的影响，并对实验结果进行了分析。
关键词：声悬浮;声压;声辐射力中图分类号：TM359.9 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）03-0234-030 引言超声悬浮是实现无容器环境的一种方便快捷的技术。
无容器环境在材料分析、生化分析和样品制备等过程中非常重要，因为它避免了样品与容器壁的接触，从而隔绝了众多污染源。
以声悬浮技术为基础的声悬浮装置在材料、化工、医学等方面上都有较大的实用价值。
当需求极净的纯净环境时，水滴等液体对象便可使用声悬浮进行处理，以避免与容器直接接触。
与电磁悬浮相比，声悬浮具有更大的材料选择范围，即不需要具有较好导电性的材料;并且在悬浮过程中产生的热量极少，不用考虑低熔沸点的研究对象的损耗。
声悬浮以其独特的特点在研究流体运动学，凝聚过程中具有极高的应用价值且由于对样品没有电/磁性质的要求，声悬浮被广泛的应用于蛋白质结晶、液态合金冷凝、液滴动力学、生化分析、甚至是胶体液滴的干燥[1，2]。
目前研究声悬浮的技术都有着一定的限制，人们所拥有的空间资源仍然十分有限，许多研究无法得到足够的资源配给，可大量操作便是声悬浮相对外太空悬浮的优点。
但是，传统的研究方法通常是进行实验。
但前者不够得出精确且符合实际情况的结果而后者较为繁琐。
而使用COMSOL有限元分析软件进行分析计算便是一种较为实用且可行的方法。
本文主要计算液滴悬浮位置与声辐射力的关系，并分析液滴形状和体积对声悬浮中声压的作用关系。
1 超声悬浮相关理论声悬浮的原理，顾名思义，便是依靠声驻波在物体不同部分的声压不同产生力并以此来克服物体受到的重力，以此达到使物体悬浮的目的。
依靠该原理便可以设计出可使小型液滴悬浮的声悬浮装置并进行后续研究。
基于COMSOL的声表面波器件仿真
基于COMSOL的声表面波器件仿真阮鹏;陈智军;付大丰;张亦居;王萌阳【摘要】The surface acoustic wave (SAW) device is applied broadly to communication, sensing and radio frequency identification, etc Based on the finite element method, the SAW device was simulated by COMSOL software. Starting from the model building, we progressively analyzed four structures of SAW device which are piezoelectric substrate without electrode, piezoelectric substrate/inter-digital transducer (IDT), piezoelectric substrate/IDT/non-piezoelectric thin film, piezoelectric substrate / IDT/ non-piezoelectric thin film/ liquid. The research results are as follows: By the electrode effect of the IDT, the resonant and anti-resonant frequencies are extracted, and they decrease with the increased width and height of IDT. By loading a layer of thin film, the frequency of the device also decreases with the increase of the film thickness. By loading liquid as liquid density measurement, the thickness of the non-piezoelectric thin film can be optimized through the SAW device's frequency change sensitivity to liquid density. The above mentioned conclusions provide the guidance for the design and production of the SAW device.%声表面波器件在通信、传感、射频识别等领域有着广泛的应用.以有限元方法为基础,利用有限元软件COMSOL对声表面波器件进行了仿真.从器件的模型建立入手,按由浅入深的顺序对无电极压电基片、压电基片表面沉积叉指换能器、叉指换能器表面溅射薄膜、薄膜上负载液体的4种结构进行了仿真分析.仿真研究表明:叉指换能器的电极效应会产生正、反特征频率,并且两种频率都随着叉指电极的敷金比与高度增加而向低频偏移;薄膜厚度的增加同样会导致器件频率向低频变化;当器件负载液体用于液体密度检测时,可通过器件频率变化对液体密度的灵敏程度来对薄膜厚度进行优化.其研究结果可以为声表面波器件的设计制作提供依据.【期刊名称】《测试技术学报》【年(卷),期】2012(026)005【总页数】7页(P422-428)【关键词】声表面波器件;有限元;叉指换能器;特征频率;薄膜;液体【作者】阮鹏;陈智军;付大丰;张亦居;王萌阳【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016;南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016;南京大学近代声学教育部重点实验室,江苏南京210093;南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016;南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016;南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TN65声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)是一种沿固体表面传播的弹性波,能量集中在固体表面1～ 2个波长的范围内[1],可利用沉积在压电基片表面的叉指换能器(Inter-digital Transducer,IDT)来有效激发[2].SAW器件在通信、传感、射频识别等领域都有着极为广泛的应用,最常见的结构为“半无限压电基片-叉指换能器”形式[3-4].随着研究的不断深入,出现了各种改进的SAW器件结构,譬如在叉指换能器表面溅射一层薄膜的乐甫波(Love Wave)器件[5].由于适合液体检测,乐甫波器件成为声表面波器件的研究热点[6-7].在对声表面波器件的研究过程中,器件仿真工作是器件设计和制作的基础,通过仿真可以提高设计效率、减少制造过程中的材料浪费等.声表面波器件的仿真可基于脉冲响应模型、等效电路模型、耦合模型等方法,通过编写代码进行数值分析[8].随着ANSYS、ANSOFT、COMSOL等大型有限元分析软件的出现,可利用上述软件对SAW器件进行仿真分析,从而省去人工编写代码的繁琐流程[9].与ANSYS、ANSOFT等有限元仿真软件相比,COMSOL具有以下显著特点:①完全开放的架构,用户可以自由定义所需专业的偏微分方程;②专业的计算模型库,内置各种常用的物理模型,用户可以选择参考并进行必要的修改;③丰富的后处理功能,可根据用户需要进行各种数据、曲线、图片及动画的输出与分析[10].本文基于COMSOL建立了SAW器件的有限元分析模型,得到了直观的SAW传播形式;仿真分析了SAW器件的频率特性,探讨了IDT在不同敷金比、高度比时的SAW器件频率变化.在此基础上,研究了在IDT表面溅射一层薄膜时的乐甫波器件频率特性;当薄膜上负载液体时,通过器件频率对液体密度的灵敏程度来对薄膜厚度进行了优化.其研究结果可以为声表面波器件的精确设计提供仿真依据.1 模型的建立声表面波器件是一种典型的谐振式器件,特征频率是器件的主要参数[11-12].当声表面波器件用做传感器时,主要通过特征频率随待测量的变化来实现检测功能.在有限元分析中,模态是机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的特征频率和模态振型.因此,通过有限元软件COMSOL的模态分析模块可仿真研究声表面波器件的频率特性.图1 声表面波器件结构Fig.1 The structure of surface acoustic w ave device 图2 模态分析二维模型Fig.2 2D model of analysis声表面波器件的结构如图1所示.IDT沉积在压电基片表面,由周期性排列并与汇流条交替连接的多对电极构成.利用周期性边界条件,可把IDT简化为由一对电极组成的周期结构,从而建立简化的二维模型以减小计算量.声表面波器件的模态分析二维模型如图2所示.横、纵坐标的单位:μm,基片宽度与声表面波波长λ一致;由于声表面波的能量主要集中在基片表面1～2个波长深度内,随着基片深度的增加其振幅呈指数衰减,因此基片高度可简化为2～5倍波长;电极中心间距p=λ/2.模型边界条件的设定如下:1)上表面边界条件ΓT为自由边界条件;2)下表面边界条件ΓB为固定边界条件;3)左右边界条件ΓT、ΓR为一对周期性边界条件,即左右边界上对应节点的3个自由度(x方向位移u,y方向位移v,电势Φ)相等.二维模型各参数如表1所示.表1 模态分析二维模型参数Tab.1 Param eter of 2D analysismodel参数值/μm 波长λ 电极中心间距p=λ/2高度h=p/20电极宽度a=p/2 11.06 5.53 0.276 5 2.765基片材料为压电陶瓷PZT-5H,其密度ρ为7 500 kg/m3,压电、弹性、介电常数分别为IDT采用金属铝电极,其密度ρIDT=2 700,kg/m3,杨氏模量 E=70e9, Pa,泊松比v=0.33.建立完备的几何模型还需要进行网格划分.网格划分越密,计算结果越精确,但是计算量会大大增加,因此合适的网格划分是求解的关键.COMSOL软件的网格划分可以分为初始化网格、细化网格和自由网格三种方法.初始化网格由软件根据几何模型粗略进行自动网格划分,根据模型各处结构的复杂程度决定网格尺寸;细化网格在初始化网格的基础上由软件进行更密集的划分;自由网格对用户开放,用户可以设定最大单元尺寸、单元增长率等参数,并可以决定局部细化的区域.网格划分后的二维模型如图 3所示.首先对整体模型结构进行初始化网格,但由于声表面波集中在基片表面1～2个波长内传播,因此再对基片表面进行局部细化.图3 模型的网格划分Fig.3 Meshing of model2 无电极压电基片结构在实际应用中,通常通过IDT来有效激发出声表面波.如果不考虑声表面波激发原理,仅考虑其传播时需要满足的边界条件,同样可以通过COMSOL的模态分析模块来研究无电极压电基片结构的声表面波特征频率,此时只需在上述模型中去掉叉指电极即可.在模型建立完成后,选择特征频率处理器,确定求解范围来进行声表面波特征频率的分析.利用声表面波能量集中在基片表面1～2个波长深度内的特点,可以把声表面波振型从很多各不相同的波动振型中提取出来,得到特征频率.声波振型如图4所示,图中右边的颜色刻度表示振动位移大小,颜色从上到下表示振动位移减弱.根据振动位移随基片深度的变化趋势,图4(a)为体波振型,图4(b)为声表面波振型,其对应的声表面波特征频率 f为189.78MH z.通过多次仿真表明,每一个无电极压电基片模型对应唯一的声表面波振型.图4 声波振型Fig.4 Acoustic w ave vibration model3 压电基片-叉指换能器结构3.1 叉指电极敷金比分析当压电基片上沉积叉指电极时,以表 1所述的模型参数进行仿真.与无电极压电基片结构不同的是,通过模态分析模块可以提取到两个符合声表面波振型的特征频率,定义为正特征频率 fsc+和反特征频率fsc-分别如图5(a)、(b)所示.表2 声表面波特征频率随MR的变化Tab.2 Resonant frequencies of Surfaceacoustic w ave's change with MR敷金比MR f sc+/MHz f sc-/MHz 0 189.78 189.78 0.2 183.42 183.88 0.5 182.19 182.44 0.8 181.93 182.01 1 178.86 178.86正特征频率和反特征频率的出现是由于 IDT的电极效应引起[13].定义叉指电极敷金比 MR= a/P,当 =0时,可以等效为基片上表面无电极情况,为自由化边界条件,此时表面电荷密度σ =0;当MR=1时,可以等效为基片上表面覆盖一层金属薄膜,为金属化边界条件,此时表面电势Φ=0.通过仿真分析,得到正、反特征频率随的变化如表2所示.当0＜MR＜1,随着 MR的增大,正、反特征频率逐渐减小.当 MR=0与MR=1时,基片上表面分别处于自由化边界条件和金属化边界条件,不存在IDT的电极效应,正特征频率和反特征频率退化为一个特征频率.3.2 叉指电极高度分析在敷金比分析的基础上,取 =0.5时进行IDT高度的分析,即在IDT宽度不变的前提下,研究IDT电极高度对拓征频率的影响.定义叉指电极高度比特征频率随叉指电极高度比Q的变化如表3所示.图5 正、反特征频率振型Fig.5 The vibration m odel of resonan t and an ti-resonan t frequency表3 特征频率随叉指电极高度比 Q的变化Tab.3 Resonant frequen cies'change w ith the heigh t of IDT高度比Q 0 1/100 2/100 3/100 4/100 5/100正特征频率f sc+/MHz 189.78 186.19 185.18 184.43 183.82 183.80反特征频率f sc-/MHz 189.78 186.44 186.33 185.72 184.60 184.52由上述分析可知,Q=0时,正、反特征频率相等,其原因在于Q=0与=0等效,相当于无电极压电基片结构.其它情况下叉指电极均激发出正、反特征频率,并且当 Q值增大时,正、返特征频率会向低频偏移.4 压电基片-叉指换能器-薄膜结构在“压电基片-IDT”结构的基础上,在IDT表面溅射一层薄膜时,该结构称为乐甫波器件.乐甫波器件是一种新型的声表面波器件,因适于液体检测而成为研究热点.图6 乐甫波三维振型Fig.6 3D vibration m odel of love w ave图7 乐甫波特征频率 f随薄膜厚度d的变化Fig.7 Resonant frequencies of love w ave's change w ith the thickness of th in film器件模型在图2的基础上增加一层薄膜,薄膜材料选择二氧化钛(TiO2),薄膜上表面为自由边界条件,左右边界条件为一对周期性边界条件.乐甫波三维振型如图6所示.从图6可以看出,振动能量主要还是集中在压电基片表面一个波长深度左右,并且薄膜上的振动也很明显,这可以为液体的检测提供很好的保证.乐甫波特征频率随薄膜厚度的变化,如图7所示.从图7可知,与IDT高度的影响相似,由于薄膜的质量加载效应,特征频率同样随薄膜厚度的增大有向低频偏移的趋势.5 压电基片-叉指换能器-薄膜-液体结构基于“压电基片-IDT-薄膜”结构,在薄膜上负载液体时,乐甫波三维振型如图8所示.由图8可知,振动位移不会产生压缩波进入液体,从而不会向液体介质辐射能量,因此乐甫波在传播过程中不会产生太大衰减,表明了乐甫波用于液体检测的优势. 当乐甫波器件用于液体密度检测时,定义灵敏度图8 负载液体的乐甫波三维振型Fig.8 Love wave 3D vibration m odel of load ing liquid式中:ρ1和ρ2为液体的密度;fρ1和fρ2分别为负载上述密度液体时对应的乐甫波特征频率.灵敏度Sρ随薄膜厚度的变化,如图9所示.从图9可知,灵敏度Sρ首先随薄膜厚度d的增大而增大;当d=5μm,即d/λ≈0.45时,灵敏度Sρ达到最大;之后随d的增大而减小,并最终趋于稳定.选择薄膜 d最优厚度为5μm时,乐甫波特征频率 f随液体密度的变化,如图10所示.从图10可知,乐甫波器件用于液体密度检测时具有较好的线性度.图9 灵敏度Sρ随薄膜厚度d的变化Fig.9 Sensitivities'change w ith the thickness of thin film图10 乐甫波特征频率 f随液体密度的变化Fig.10 Resonant frequencies of love w ave's change w ith the density of liquid6 结论利用有限元软件COMSOL,按由浅入深的顺序对无电极压电基片、压电基片表面沉积叉指换能器、叉指换能器表面溅射薄膜、薄膜上负载液体的4种声表面波器件结构进行了仿真分析,可得出以下结论:1)通过有限元软件COMSOL的模态分析模块,利用声表面波能量集中在基片表面1～2个波长深度内的特点,可以把声表面波振型从很多各不相同的波动振型中提取出来,并得到特征频率.2)对于无电极压电基片结构,每一个模型对应唯一的声表面波振型.3)叉指换能器的电极效应会产生正、反特征频率,而且正、反特征频率随着叉指换能器敷金比与高度比的增加而向低频偏移.4)对于“压电基片-叉指换能器-薄膜”结构,乐甫波振动能量主要还是集中在压电基片表面大约一个波长深度,并且薄膜上的振动也很明显.与此同时,由于薄膜的质量加载效应,特征频率随薄膜厚度的增大有向低频偏移的趋势.5)在薄膜上负载液体时,振动位移不会产生压缩波进入液体,从而不会向液体介质辐射能量,因此乐甫波在传播过程中不会产生太大衰减,表明了乐甫波用于液体检测的优势.6)当乐甫波器件用于液体密度检测时,可通过器件特征频率对液体密度的灵敏程度对薄膜厚度进行优化.仿真结果表明,乐甫波器件用于液体密度检测时具有较好的线性度.参考文献：[1] Morgan D P.History of SAWdevices[C].In Proceedings of IEEE International frequency control symposium,Piscataw ay, NJ,USA,1998:439-460.[2] 水永安.声表面波与声表面波器件讲义[R].南京:南京大学电子科学与技术系,1998.[3] Hashimoto K Y.Surface AcousticWave Devicesin Telecommunications:Modeling and Simulation[M].Berlin,Heidelberg: Springer-Verlag,2000.[4] 陈明,范东远,李岁劳.声表面波传感器[M].西安:西北工业大学出版社,1997.[5] Tamarin O.Study of acoustic Love wave devices for real timebacteriophage detection[J].Sensors and 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loading effects and the performance of sensor based upon SAWresonator[J].Journalof Test and MeasurementTechnology,1996,10(4):349-353.(in Chinese)[12] Drafts B.A coustic wave technology sensors[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2001,49(4): 795-802.[13] 卢旭.基于COMSOL的声表面波标签仿真[D].南京:南京航空航天大学,2011.。
comsol创建声音仿真环境
comsol创建声音仿真环境
如果你正在学习如何开发仿真App，那么可以观看本文的视频，这是一个关于方法编辑的精彩简介。
开发完成功能齐全的App 后，我们可以一键创建一个方法，在其中加入声音播放、包含用户输入及添加if-else语句。
这些操作全都可以利用“方法编辑器”中的“语言单元”实现，由此创建方法变得轻松简单。
使用COMSOLMultiphysics“App开发器”时，如果仿真App比较复杂，是需要编写方法的。
方法中支持一系列的操作，包括（但不限于）条件语句（If，If-Else）；循环（For，While）；以及用户交互（问题，警告）。
Java®编程语言本身就用于编写方法，所以可以使用Java®的所有功能。
此外，“App开发器”拥有一个内置的“语言单元”库，含有多个模板代码块，经一键单击/双击即可直接插入方法中。
下面的视频以最简单的方式创建了一个方法，展示如何将命令序列转换为一个方法，以及如何播放声音。
视频中重点讨论了“计算”按钮，所以命令为“计算研究1″和“温度绘图（ht）”。
这两条命令转换成方法后，我们使用“语言单元”playSound来设置仿真结束时播放success5.wav声音文件。
视频后半部分继续添加“语言单元”，展现使用方法的真正优势。
我们加入了一个用户输入函数confirm，询问用户是否希望播放声音。
然后添加一条If-Else语句，表示如果用户选择“是”，则播放声音，如果选择“否”，则不播放。
基于COMSOL的永磁电磁混合悬浮实验设计与分析
基于COMSOL的永磁电磁混合悬浮实验设计与分析
高涛;杨杰;周发助;曹泽华
【期刊名称】《实验技术与管理》
【年(卷),期】2024(41)3
【摘要】为改善永磁磁浮技术及装置性能验证过程中存在的危险系数高、费用昂贵、现场测试条件差等问题,基于系统仿真软件模拟优势,应用相似理论的模型实验方法,探究了电磁场与永磁场的主动控制策略,设计了一套完整的磁悬浮实验系统。
以工程电磁场理论及非线性有限元算法为基础,利用COMSOL Multiphysics模型开发器对永磁电磁系统的磁力场作用规律及控制策略进行了设计与分析,验证了两种悬浮结构的多模态模型下的控制算法的可行性,并为初步研制并联式混合悬浮系统设计及算法实现提供了模拟样机,为提高学生理论分析及应用设计能力提供了更为直观、系统的实验平台。
【总页数】10页(P165-174)
【作者】高涛;杨杰;周发助;曹泽华
【作者单位】江西理工大学电气工程与自动化学院;江西理工大学永磁磁浮技术与轨道交通研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TP23
【相关文献】
1.基于不同永磁体结构优化设计的一种混合式永磁同步电机的电磁参数特性对比分析
2.电磁永磁混合悬浮系统的控制特性分析
3.永磁电磁混合Halbach阵列电动悬浮的稳定性控制
4.基于改进自抗扰的永磁电磁混合悬浮型磁浮球控制方法
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基于comsol的仿真实验
基于comsol的仿真实验一、实验目的熟悉掌握COMSOL Multiphysics软件，通过3D有限元建模方法，建立铂电极-玻璃体-视网膜的分层电刺激模型。
深入研究电极如何影响电刺激效果，系统的分析了电极尺寸、电极到视网膜表面的距离等参数对视网膜电刺激的影响，为视网膜视觉假体刺激电极的刺激效果提供指导意义，进一步优化电刺激效果，达到提高人工视觉的修复效果。
二、实验仪器设备计算机，COMSOL Multiphysics软件三、实验原理影响视网膜电刺激效果的因素有许多：电极尺寸、电极距视网膜距离、电极形状、电极排列等，这里主要从电极尺寸，电极距视网膜距离来探讨。
视网膜电刺激模型通过参考视网膜解剖结构构建，电刺激的有效响应区域取决于神经节细胞层（GCL）电场强度是否大于1000V/m，当大于该值时认为该区域神经节细胞能够兴奋，进而指导电极尺寸、电极距视网膜距离的参数。
四、实验内容根据视网膜的解剖结构来构建相应的视网膜分层模型，模型总共分为8层：玻璃体层，神经节细胞层，内网状层，内核层，外网状层，外核层，视网膜下区域，色素上皮层，脉络膜及巩膜。
根据视网膜各层的导电特性来设定相应的导电率，模型构建，设置边界条件。
在电极处施加相应电流刺激，规定神经节细胞层（GCL）电场强度（>1000V/m）时认为能够引起视神经细胞兴奋，在确定的电流强度下，神经节细胞层（GCL）层电场强度大于1000V/m的区域认为有效响应区域，进而判断电极刺激的有效响应区域，指导电极尺寸r和电极距视网膜距离h等参数设置。
其具体实验步骤如下所示：1、根据视网膜的解剖特性构建视网膜分层模型。
模型在三维模式下电磁场子目录下的传导介质DC场下建立。
进入建模窗口后，在绘图栏下设置模型为圆柱体，输入各部分的长宽高数值，轴基准点为圆柱体的圆心坐标。
模型分为9层（11个求解域），其示图如下：图1 视网膜分层模型2、模型建好后，在菜单栏下的物理量里面选择求解域设定，对示图的11个求解域进行设定传导率，如图2所示，其中每一层的电导率情况参考于视网膜导电特性。
基于comsol multiphysics的有限元仿真分析在《固体中的超声导波》教学中的应用
基于comsol multiphysics的有限元仿真分析在《固体中的超声导波》教学中的应用
固体中的超声导波是一个重要的物理现象，它在科学研究和工程应用中都有广泛的应用。
随着计算机技术的发展，有限元仿真分析方法越来越得到广泛的应用，而comsol multiphysics是一个能够仿真多物理场和多物理过程的软件平台，其强大的计算功能和可视化表示深受业界的青睐。
本文主要讨论了基于comsol multiphysics的有限元仿真分析在固体中的超声导波教学中的应用。
超声波是在介质中传播的时间变化的振动，它的传播由该介质的本质特性决定，当一个静止的能量源所产生的超声波穿过固体时，它会在此介质中发生变形和反射。
而comsol multiphysics可以仿真多物理量的耦合和传播，通过添加物理模型，可以很好地模拟出固体中超声波反射、传播和衰减等物理现象。
凭借强大的计算能力，comsol multiphysics可以实现复杂场景下的精确仿真，可以用于固体超声传播模型的制作和评估。
基于comsol multiphysics的有限元仿真分析可以实现对不同的材料参数的实时修改和介质结构的准确模拟，它还可以研究超声波在材料内的反射、衰减特性及其介质效应等。
有限元仿真分析为研究复杂材料结构和多物理量耦合现象提供了极大的帮助，因此，它在固体中的超声导波教学是非常有价值的。
总之，comsol multiphysics是一款功能强大的软件，它可以实现精确的多物理仿真，对于固体中的超声导波教学具有重要的参考价值。
它不仅可以提供准确的模拟结果，而且还可以帮助学生理解超声传播的基本原理和机理。
comsol 扬声器曲线仿真
Step48
Step49
计算
• Step50 点击【计结果如下图
添加绘图组-FR
• Step51 右键【结果】-【一维绘图组】 • Step52 右键【一维绘图组】-【点图】-选择球体顶点
Step51
Step52-1
Step52-2
设置图表-FR
• Step53 点击
Step37
Step38
Step39
固定约束
• Step40 在【壳】点右键选择【面约束】-【固定约束】 • Step41 选择DP边缘为固定约束
Step40
Step41
面载荷
• Step42 在【壳】点右键选择【面和休载荷】-【面载荷】 • Step43 选择VC作为面载荷对象，【力】设定Z为Fe/AA
Step27
Step28
积分
• Step29 在【定义】点右键选择【组件耦合】-【积分】
• Step30 选择【VC】作为积分目标
Step30
Step29
平均
• Step31 在【定义】点右键选择【组件耦合】-【平均】
• Step32 选择【VC】作为平均目标
Step31
Step32
压力声学
• Step33 右键力声学，频域】添加【内部硬声场边界】及【球面 波辐射】
Step16
Step18
建立群组
DP
• Step19 在【几何1】右键选择【选择】-【显式选择】 • Step20利用隐藏功能，隐藏不需要的部分以方便选择 • Step21 选择边界并选取需要的边界建立群组 DP,VC
Step19-2
Step21 VC
Step19-1
构建并集
基于COMSOL的板结构声学性能仿真研究
Internal Combustion Engine &Parts0引言随着人们环保意识的增强，以及国家发展绿色复合材料的需求，植物纤维复合材料的研究受到了越来越多的关注。
植物纤维具有天然的空腔结构，声波在空腔中传播时更容易发生能量耗散而被吸收掉，因此植物纤维具有优良的吸声性能[1-3]。
本论文基于COMSOL 软件开展了云杉板、铝板、以及芯层为云杉面层为铝板的夹层板的声学性能仿真研究。
1声学模型构建首先在COMSOL 软件中建立三种板结构的声学仿真模型。
以夹层板的建模为例，陈述如下：在“模型导向”建模模式中选择三维空间维度并添加“声-固相互作用，频域”物理场接口与“频域”研究。
板的面板，芯层和研究域均采用“长方体”，夹层板的两个面板均采用铝面板，选择“Aluminum3003[solid ，-F]”，芯层材料选择“Pine[solid ，tangential]”，声压级参考压力设置为环境空气的参考压力。
选择自由四面体网格用于划分网格单元，将最大单元尺寸设置为343[m/s]/1500[Hz]/5=0.045mm ，至此即可完成夹层板的声学仿真模型构建。
2声学性能仿真研究模型建完后，设置相应的分析频率范围，此处为50-1500Hz ，计算频率间隔为25Hz ，然后点击“计算”进行运算，在“模型开发器”的“结果”展开列里可以看到结果列表。
单击“结果”节点下的声压、声压级、声压等值面、传声损失以及1/3倍频带图等按钮便可查看相应的分析结果。
图1-图4所示为芯层为云杉、面层为铝板的夹层板的声学仿真结果图。
由图4和图5可以看出，夹层板在整个分析频带上都具有比较高的传声损失值。
为进一步考察同等厚度的纯铝板与纯云杉板的隔声性能，将芯层与面板材料进行替换，分别测得云杉板与铝板的声学性能，将仿真结果导入表格，并在matlab 中编程读取仿真数据绘图，可得到三种板结构的传声损失对比图，如图6所示。
从传声损失比对图可知，铝板在低频区域具有最好的隔声性能，夹层板次之，但夹层板在整个研究频带的隔声基于COMSOL 的板结构声学性能仿真研究戴震坤;朱铖伟;于嘉浩;沈渊;徐晓美（南京林业大学汽车与交通工程学院，南京210037）摘要:本文基于COMSOL 软件建立了三种厚度相同的板结构的声学仿真模型，分别是云杉板、铝板、以及芯层为云杉面层为铝板的夹层板，并开展了其声学性能的仿真研究。
用于中高端扬声器设计的完整仿真分析方法 - Comsol
用于中高端扬声器设计的完整仿真分析方法
陆晓1, 温周斌1, 徐楚林1, 岳磊1
1浙江中科电声研发中心
Abstract
扬声器仿真分析方法越来越受到电声企业关注，已成为扬声器设计的重要手段和发展方向。
要想设计中高端扬声器，就必须建立一套完整的仿真分析方法。
本文介绍一种基于COMSOL Multiphysics的用于中高端扬声器设计的仿真分析方法。
该方法不仅包含了扬声器磁路、振动系统（结构）和声场的耦合分析，还模拟了温度对磁性材料和振动部件材料特性的影响。
由于扬声器振动部件材料的粘弹性等特性，因此必须建立更为准确的材料模型。
利用COMSOL Multiphisics软件丰富的第三方软件接口和二次开发功能，经数据后处理可得到声障板等条件下的声压级、谐波失真和互调失真等。
采用本方法可有效指导中高端扬声器的仿真设计，准确预估扬声器的声压级、谐波失真和温度场等关键指标，对扬声器产品的理解和设计水平亦将达到新的高度。
Reference
无
Figures used in the abstract
Figure 1。
comsol仿真案例
comsol仿真案例Comsol仿真案例。
在工程领域，仿真技术扮演着越来越重要的角色。
Comsol Multiphysics作为一款多物理场仿真软件，被广泛应用于各种工程领域，如电子、光学、声学、热力学等。
本文将介绍一个基于Comsol Multiphysics的仿真案例，以展示其在工程实践中的应用。
我们选择了一个热传导问题作为仿真案例。
假设我们需要设计一个具有特定热传导特性的材料结构，以满足某种工程需求。
在这种情况下，我们可以利用Comsol Multiphysics进行热传导仿真，以验证设计方案的可行性。
首先，我们需要建立仿真模型。
在Comsol Multiphysics中，我们可以通过几何建模模块构建材料结构的几何形状，然后定义材料的热传导特性。
接下来，我们需要设置边界条件和初始条件，以模拟材料结构在特定工况下的热传导行为。
然后，我们可以进行仿真计算。
Comsol Multiphysics提供了强大的求解器，可以有效地求解多物理场耦合问题。
通过设置仿真参数和求解选项，我们可以对材料结构的热传导行为进行精确的数值模拟。
在仿真计算完成后，我们可以对结果进行后处理分析。
Comsol Multiphysics提供了丰富的后处理功能，可以直观地展示仿真结果，如温度分布、热通量、热传导路径等。
通过对仿真结果的分析，我们可以评估设计方案的优劣，并进行必要的优化调整。
通过以上仿真案例，我们可以看到Comsol Multiphysics在工程实践中的重要作用。
它不仅可以帮助工程师们快速准确地验证设计方案，还可以为工程问题的解决提供有力的支持。
因此，Comsol Multiphysics已经成为许多工程领域不可或缺的仿真工具之一。
总的来说，通过本文介绍的Comsol仿真案例，我们可以更好地了解和认识这款多物理场仿真软件在工程实践中的应用。
希望本文能够对工程领域的从业人员有所帮助，也希望Comsol Multiphysics在未来能够为更多工程问题的解决提供支持和帮助。
基于COMSOL的声表面波器件三维结构仿真
ｎｅｓｓ
０ 引 言
声表面波 （ＳＡＷ）技 术 是 一 种 利 用 弹 性 体 表 面 传播的 ＳＡＷ 来截取和处理信号 的技 术，自 ２０ 世 纪 ６０年代以 来，其 发 展 十 分 迅 速。ＳＡＷ 传 感 器 由 于 体 积 小 ，灵 敏 度 高 ，频 率 选 择 性 强 及 对 环 境 的 变 化 反 应 速 度 快 等 优 点［１］，在 众 多 领 域 受 到 了 越 来 越 多 的
型，如图１所示。 三 维 几 何 模 型 相 对 于 二 维 几 何 模 型的区别是多了一 个 水 平 剪 切狕 方 向 的 自 由 度，因
本文利 用 压 电 结 构 耦 合 对 基 于 铌 酸 锂 （ＬｉＮｂ 此在建模时需要考虑到狕 方向的叉指长度。定义器
Ｏ３）压电晶体 的 ＳＡＷ 器 件 局 部 结 构 进 行 了 仿 真 分 件在水平剪切狕 方向与传播狓 方向的尺寸比例系数
１ ＳＡＷ 传感器模型建立与仿真
关注。随着 ＳＡＷ 传 感 器 技 术 和 应 用 的 发 展，有 限
基于 Ｓ广泛应用于 ＳＡＷ 传 感器 的对 称 模 态 频 率 、频 率 响 应 和 灵 敏 度 等 相 关 的 理 论 研 究 ［２３］。
犜犺狉犲犲犱犻犿犲狀狊犻狅狀犪犾犛狋狉狌犮狋狌狉犲犛犻犿狌犾犪狋犻狅狀狅犳犛狌狉犳犪犮犲犃犮狅狌狊狋犻犮 犠犪狏犲犇犲狏犻犮犲犅犪狊犲犱狅狀犆犗犕犛犗犔
犣犎犃犖犌 犢狅狀犵狑犲犻１，２，犌犝犗犜犪狅１，２，犜犃犖 犙犻狌犾犻狀１，２，犣犎犃犖犌犔犻狑犲犻１，２
（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｏｒｔｈ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ ＆ ＤｙｎａｍｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）
基于COMSOLMultiphysics的磁悬浮台灯仿真模拟
基于COMSOLMultiphysics的磁悬浮台灯仿真模拟作者：尹洁威彭映庄张通邓科孙晶来源：《科技创新与应用》2017年第32期摘要：文章利用COMSOL Multiphysics有限元物理仿真软件构建可悬浮台灯模型，通过仿真模拟磁悬浮的磁场分布及绘制悬浮托盘高度浮动曲线验证了台灯模型的稳定性。
关键词：有限元模拟；磁悬浮；场分布中图分类号：O441.2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）32-0030-02引言1842年，恩休提出磁悬浮概念，因其具有无接触、不产生摩擦等特点使其在磁悬浮轴承、磁悬浮列车等多个领域得到了广泛应用[1]。
COMSOL Multiphysics是一款具有强大的多物理场耦合功能的有限元模拟软件，本文利用其AC/DC模块构建磁悬浮台灯模型，并对模型的磁场分布进行绘图分析。
1 理论分析文章采用磁悬浮中的抗磁性悬浮技术，其工作原理是：抗磁性材料在磁场的作用下，内部分子发生运动形成分子电流，产生一个与外磁场方向相反的附加磁矩[2]。
其分子中电子的磁效应相互抵消，当外加磁场作用时，只表现附加磁矩，从而产生抗磁性。
1.1 抗磁力的计算2 研究分析设定台灯托盘（台灯质量忽略不计）半径为65mm，厚度是3mm。
内圈永磁体高度52mm，内径27mm，外径55mm。
外圈永磁体高度52mm，内径80mm，外径95mm。
利用COMSOL仿真软件中mf模块建立的磁悬浮台灯模型如图2所示。
把托盘放置于磁场空间中，在初始状态时，由于托盘加速度不为零，处于上下浮动状态。
随着时间的变化，在抗磁力和重力的相互作用下，托盘逐渐趋于稳定并在某一时间点后固定在特定高度d处（d为托盘底面距永磁体上表面的z方向高度）。
如图3所示。
在绘制磁场分布时，以模型中心点处x（y）-z方向上二维平面为例，磁通量密度分布图如4所示。
3 结束语本文通过利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件，通过对磁悬浮台灯模型建模及绘制其悬浮高度曲线和磁通量密度分布图，验证了台灯托盘在磁场空间中能够进行稳定悬浮。
基于COMSOL的声表面波声场调控仿真
基于COMSOL的声表面波声场调控仿真
唐帅;韩建宁;温廷敦
【期刊名称】《云南师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2018(038)005
【摘要】声表面波(SAW)如今被广泛应用于微流控技术,为了满足多尺度、多功能的微流控需要,在压电基底材料不变的情况下,利用COMSOL有限元软件仿真探究了声学微结构对SAW芯片的声场调控特性,实现了SAW芯片表面声场强度的增益及声场区域的调控.
【总页数】5页(P39-43)
【作者】唐帅;韩建宁;温廷敦
【作者单位】中北大学理学院,山西太原030051;中北大学信息与通信工程学院,山西太原030051;中北大学理学院,山西太原030051
【正文语种】中文
【中图分类】O426.4
【相关文献】
1.基于COMSOL声表面波扭矩传感器的有限元分析 [J], 李志鹏;李晓英;邵宪友
2.基于COMSOL声表面波扭矩传感器的有限元分析 [J], 李志鹏;李晓英;邵宪友;
3.双层柱状结构对声表面波芯片的声场调控仿真 [J], 唐帅; 梁辰; 许丽萍; 温廷敦; 韩建宁
4.基于COMSOL的声表面波标签仿真 [J], 卢旭;陈智军;黄鑫;陈涛;夏前亮
5.基于COMSOL的声表面波器件三维结构仿真 [J], 张永威;郭涛;谭秋林;张利威
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基于COMSOL的声悬浮模拟仿真
发表时间：2018-11-15T11:43:16.157Z 来源：《科技新时代》2018年9期作者：卜艺浦
[导读] 本文主要研究超声悬浮中液滴的悬浮情况，利用COMSOL有限元分析软件建立超声悬浮仪器的物理模型
江苏省泰兴中学江苏泰兴 225400
摘要：本文主要研究超声悬浮中液滴的悬浮情况，利用COMSOL有限元分析软件建立超声悬浮仪器的物理模型，模拟驻波悬浮的声场，从而得到声压与声压级的分布频域。
通过改变悬浮液滴的形状和尺寸，发现声压分布随着液滴参数的变化而发生相应的改变。
通过研究液滴并对这些液滴在声场中的声压分布进行分析，最终得出液滴在驻波场中稳定悬浮所需的条件。
关键词：声悬浮；声压；声辐射力；液滴；COMSOL有限元分析软件
1. 引言
超声悬浮是实现无容器环境的一种方便快捷的技术，无容器环境对于材料、生化分析和样品制备非常重要，因为它避免了样品与容器壁的接触，从而隔绝了众多污染源。
相较于其他类型的悬浮，声悬浮具有很多方面的优势。
与磁悬浮和电悬浮相比，声悬浮技术对样品是否带电或是否具有磁性没有要求，也不会使样品产生热效应；对比光悬浮，声悬浮不必特意使用特定材质样品，比如石墨烯等，也能产生较大的悬浮力；声悬浮也比气流悬浮技术更稳定可控。
另外，声悬浮可广泛应用于蛋白质结晶、液态合金深过冷快速凝固研究、液滴动力学、微剂量生化研究，以及胶体液滴的干燥等领域[1]。
超声悬浮一般分为有两种，一种为超声近场悬浮[2]，另一种是驻波悬浮[3]。
所谓近场悬浮，就是依靠物体下方发射器发射高频声场产生声辐射力与物体自身重力平衡使物体悬浮，这种悬浮方式多应用于无接触条件下移动物体的研究。
驻波悬浮仪器一般由超声波发射器、换能器、变幅杆、发射端、反射端、石英管及调谐机构组成，在发射端与反射端之间形成驻波场，从而产生声辐射力使物体悬浮。
所谓驻波，就是指振幅相同、传输方向相反的两个波共同形成的波，也就会有两个方向相反的压强，对其中的物体产生方向相反的两个力。
一般地，两个声波产生的声压相抵消，和压为0的位置称为波节点，悬浮样品在波节点处受到声辐射力与重力相抵消而稳定悬浮。
声悬浮仪器产生的声驻波就是这样与物体相互作用，同时水平方向的声辐射力作为定位力把悬浮物固定悬浮于驻波场的波节点处。
驻波产生的声辐射力与（R/λ）3成正比，行波与（R/λ）6成正比，其中R表示物体尺寸，λ表示波长，声悬浮一般要求物体尺寸远小于半波长，因此驻波产生的力比行波大得多[4]。
目前声悬浮技术只能悬浮一些体型质量较小的样品，不能悬浮体型质量较大的物体，这也就造成实验应用的局限性，无法应用于大物体或大剂量的实验。
尽管近场悬浮技术有望能在目标质量与尺寸的限制上有所突破，但其技术还不够完善。
驻波悬浮技术，相较于近场悬浮，已经是比较成熟的声悬浮技术，能够悬浮密度最大的元素铱并已经在生物医学等领域得到应用[5]。
另外，液滴是自然界中常见的流体单元，可以作为研究对象或实验载体。
在生物化学反应中，液滴可作为微反应溶器或是微生物的培养基；在工业应用中，液滴性质影响着液态合金的深过冷快速凝固。
换言之，液滴的力学行为对实际应用产生重大影响。
为了分析液滴在无容器环境中的力学行为，本文利用COMSOL有限元分析软件对液滴在声场中进行模拟实验，并进行了相关理论分析和总结。
2. 声悬浮对液滴形态的影响
2.1 COMSOL模拟计算方法
COMSOL有限元分析软件是可以分析耦合物理场的软件。
利用COMSOL有限元分析软件的模拟仿真，可以更加直观的观察到一些物理现象，更加方便地得到相关的实验数据，并随时作出参数的调整。
利用其进行仿真模拟，能为现实中的实验提供理论数据依据。
该软件模拟研究声悬浮技术，由一个声波发射传感器和弧型反射面构成，需要设定一些必要的参数,比如声场频率f0，发射端与反射端的距离H，发射器宽度Dr等（见表1），建立声悬浮模型（如图1）。
通过网格构建划分，以有限元分析法便可以计算出驻波场的声压分布，悬浮样品
的内外声压分布情况，并能比较悬浮物性质的不同对声场声压分布的影响。
3. 结论及展望
本文通过利用COMSOL有限元分析软件对超声悬浮液滴进行了模拟仿真实验。
实验发现，液滴在声场中对声压分布产生影响，不同形状（球形和椭球形）和大小的液滴在声场中对声场的影响有所不同。
通过研究不同形状的液滴的情况，了解到椭球体的液滴不同于同体积球体液滴，上下端尺寸的缩小而更有利于悬浮。
通过比较不同尺寸的液滴在声场中的情况，发现尺寸越大的液滴由于在声压场的正压与负压区域的跨度就越大，因此在垂直方向的声辐射力容易相抵消，也就更难产生能够平衡液滴自身重力大小的声辐射力。
参考文献
[1] 沈昌乐,解文军,洪振宇,魏炳波.声悬浮技术的发展及应用[J].现代物理知识,2010,22(3):10-13
[2] 李世彪.超声近场悬浮现象的实验研究[D].硕士:大连理工大学,2013
[3] 冯大圣,焦锋,陈娟,王应彪,杜宝玉.单轴式声悬浮的实验研究及数值模拟分析[J].材料导报,2007,21(5):152-154
[4] 杜宝玉,赵波,刘传绍,闫艳燕.声悬浮无容器处理的实验研究及数值模拟分析[J].新技术新工艺,2005,(12):41-43
[5] 解文军.声悬浮优化设计理论及其应用研究[D].博士:西北工业大学,2002。