优化超声驻波悬浮：凹球面结构与稳定性提升

摘要： 本研究旨在提高超声驻波悬浮技术的性能，特别是增强悬浮稳定性和能力。研究人员设计了一种新型结构，其辐射端和反射端都采用凹球面形状。通过使用ANSYS软件进行仿真分析，他们详细研究了超声驻波的形成过程，并探讨了不同凹球面半径对声场声压分布和最大声压值的影响。经过一系列的模拟，他们确定了最优的凹球面半径，这有助于优化悬浮效果。 利用Matlab进行进一步的仿真，团队预测了驻波悬浮的位置。基于这些优化结果，他们制造了一个超声驻波悬浮装置，并进行了实物悬浮实验。实验结果显示，悬浮物体的位置与仿真预测一致，验证了设计的有效性。该装置在辐射端和反射端相距两个波长的条件下，成功地在三个波节点上悬浮了三个直径为3毫米的钢球，显著提升了驻波悬浮能力和稳定性。 关键词：机械设计；驻波悬浮；ANSYS仿真；优化设计；悬浮力 这篇论文属于工程技术领域，详细讨论了超声驻波悬浮技术的改进策略。超声驻波悬浮是一种利用声波压力在特定位置产生零压区，从而实现微小物体无接触悬浮的技术。这项技术在精密制造、微纳米操作、无损检测等多个领域有广泛应用前景。 在本文中，作者首先介绍了问题背景，即如何提高超声驻波悬浮的稳定性和能力。然后，他们提出了一种创新的结构设计，采用凹球面形状来改善声场特性。ANSYS是一个强大的工程仿真工具，用于模拟声波传播和声压分布，通过这个工具，研究人员能够评估不同设计参数对系统性能的影响。 接着，通过Matlab进行的仿真预测，研究人员能够预先计算出最佳悬浮位置，这为实际装置的制造提供了理论指导。实验结果表明，所提出的优化设计能够显著提升悬浮性能，不仅增强了悬浮稳定性，还能够在单个装置上同时悬浮多个物体。 这篇论文对超声驻波悬浮技术进行了深入的研究，通过仿真和实验验证了新的设计思路。这一工作对于推动超声悬浮技术的发展，尤其是在微小物体处理和精密操作中的应用，具有重要的理论和实践意义。