Numerisk modellering av absorberende randbetingelser for ultralydbølger i væsker og elastiske materialer

Abstract

Simuleringer av utbredelse av ultralydbølger i elastiske polymerer og i væsker ble utført med et kommersielt simuleringsverktøy, COMSOL Multiphysics, basert på endelig element metode. Simuleringer ble utført i en- og to-dimensjoner.

Undersøkelser ble utført for å finne ut ved hvilke oppløsninger av tid og rom ga stabile simuleringer. For en to-dimensjonal modell basert på en elastisk polymer (akryl) med en sirkulær bølgekilde med frekvens på 5 MHz som produserte bølger med bølgelengde på 0.472 mm, ga stabilt energinivå når tidsoppløsningen var på 5 ns, og romlig oppløsning, organisert i et gittermønster med avstand mellom gridpunkter mellom 31.5 mikrometer og 0.12 millimeter.

Resten av oppgaven undersøkte hvilke parameter størrelser ga best resultater ved bruk av en metode som skal simulere et grenseløst rom ved hjelp av absorberende lag som stadig demper mer av bølgen som kommer inn på dette området.

Det ble sett på om innfallsvinkelen på det absorberende laget hadde noe å si for effektiviteten til absorberingen. Bølger som gikk inn normalt på, ble absorbert best. Bølger som kom inn ved lave vinkler ble dempet mindre.

Ved en to-dimensjonal modell basert på en væske (vann) ble det undersøkt hvilke størrelse på maksimal viskositeten vil absorbere mest av innkommende bølger. Et absorberende lag med lengde på 1 millimeter ga at en maksimal viskositeten på 100 Pa*s ga best demping av bølgeamplituden. Mengden av absorbering var langt fra tilfredsstillende, for å øke demping av bølgeamplituden vil et lengre dempingsområde være løsningen.