超聲
關注創建者：小南瓜2017 創建時間：2017-02-21
超聲的視頻教程
超聲振動切削仿真經典案例-ABAQUS
領航科工出品本系列切削仿真視頻以各類超聲加工的具體應用場景為切入點，包括常見的二維振動車削仿真、超聲振動劃痕仿真、三維超聲振動車削仿真、三維超聲振動銑削仿真以及三維超聲振動鉆削仿真，總計五大類23個經典案例。
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Abaqus中施加周期性幅值和橢圓超聲振動的方法
本課程詳細介紹了在Abaqus中如何添加橢圓超聲振動載荷，并指出了使用過程中需要注意的事項。 課程1：橢圓超聲振動曲線和施加橢圓超聲振動的工件在Abaqus中的運動 課程2：橢圓超聲振動曲線講解與Abaqus中橢圓超聲振動的施加方式 課程3：Abaqus中橢圓超聲振動施加方式實操及其注意事項
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ABAQUS熱力耦合鈦合金三向超聲振動車削仿真
附件包含三個車削仿真源文件（傳統車削、超聲振動車削、熱力耦合超聲振動車削）、振動參數設置教學文檔以及包含熱力學參數的數百種常見材料庫，請在網頁版課程下方自行下載。
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超聲的實例教程
5.基于超聲數據的3D打印技術在心臟領域的不足與展望
三維超聲發展的時間尚短，3D打印技術在心血管領域的應用也較少，基于超聲數據的3D打印技術在心血管領域應用空間巨大，有待開發，打印具有生物活性的組織或結構直接應用于人體是未來的發展方向。由于心臟結構和功能的復雜性，目前只能局限于打印一些簡單的結構。現階段基于超聲的3D打印技術仍存在以下局限性：①三維超聲的分辨率仍有待提高，以便顯示心臟更細微的結構；②心臟及其內部結構是動態的，而目前打印出的模型都是靜態的；③目前打印心臟的材料大部分為硬質材料，不能精確地反映心肌組織的柔軟度；④國內外缺乏大樣本臨床試驗證明其臨床可用性及安全性。
綜上所述，三維超聲可以為3D打印左心耳、心臟瓣膜及先天性心臟病提供數據源，基于超聲數據的3D打印模型不僅可以實現模擬治療，還可以輔助醫患溝通和醫學教育，其在心血管領域的進一步應用潛能尚有待開發。
來源：臨床超聲醫學雜志
展開 同時，超高精度光致超聲可以以較低的成本擴展為陣列，適用于多位點神經刺激以調節復雜的腦功能。
光致超聲器件質量輕，相對于超聲陣列，更便于在神經疾病治療中給病人長時間穿戴。
光致超聲器件不會在核磁共振成像中產生電磁干擾，有利于在臨床中對神經刺激的效果進行閉環實時觀察和調整。
光致超聲在提升超聲組織摧毀術的時間空間精度有著顯著潛力。傳統超聲換能器在超聲組織摧毀術中需要加壓到上千伏，有很高的介電擊穿的風險。光致超聲通過高頻率提高了空間精度，單周期提高了時間精度，通過集合設計提供高壓強，避免了介電擊穿的風險。
光致超聲的獨特性質標志著其在超聲手術等臨床應用中提高時間空間精度、減少對周圍組織的熱積累等損傷的應用價值。
論文信息
Li, Y., Jiang, Y., Lan, L. et al. Optically-generated focused ultrasound for noninvasive brain stimulation with ultrahigh precision. Light Sci Appl 11, 321 (2022).
展開 超聲聚焦廣泛應用于各類工業設備與技術中，例如我們熟悉的無損檢測（NDT）和醫學成像。高強度聚焦超聲（HIFU）是此技術的一項臨床應用，它利用探頭將大部分能量集中到目標組織區域，使組織發生凝固性壞死。本篇文章將重點對超聲聚焦的仿真過程進行探討。
設計無創超聲設備的換能器
超聲波擁有一大優勢：無需貫穿發射信號與目標之間的傳播路徑，就能夠到達金屬、人體器官或生物組織內部。與外科醫生使用的醫療手術刀不同，超聲波不會在患者皮膚上留下任何疤痕，它能精準地對目標組織進行治療，周圍的健康組織受損傷的風險也很低。聚焦超聲波已用于或可用于治療前列腺癌和乳腺癌、高血壓，甚至是青光眼等疾病。
根據不同的換能器設計，超聲波有幾種聚焦方式。COMSOL Multiphysics? 軟件是模擬和優化換能器的有力工具。設計一款能夠有效制造出可到達靶區的超聲場的換能器可能是一項棘手的任務。它依賴于發射信號的頻率和功率；超聲波傳播介質的衰減和吸收；當然還有換能器本身的位置和尺寸。
圖 1：超聲換能器產生的聲場示意圖。
換能器發射的信號有兩種聚焦方式：
修改換能器元件的曲率半徑，使其等于焦距（參考上方示意圖）
對平面陣列換能器施加電壓時引入相位延遲（參考下方示意圖）
圖 2：用于集中聲信號的超聲探頭示意圖，它帶有壓電換能器陣列（相控陣）。換能器由背襯材料、壓電元件以及測試樣品（此圖中為生物組織）的匹配層組成。
很多人選擇使用 COMSOL Multiphysics 對上述兩種方法進行研究。它不僅能模擬超聲傳播，還可以將超聲聚焦仿真與傳熱仿真，甚至是生物組織的損傷規律耦合在一起。利用這種方式，我們可以快速直觀地觀察聚焦效應是否能夠治愈適量的組織，并檢查凝固性壞死的位置和體積，且所有操作只在一個建模界面內完成。
展開 超聲聚焦廣泛應用于各類工業設備與技術中，例如我們熟悉的無損檢測（NDT）和醫學成像。高強度聚焦超聲（HIFU）是此技術的一項臨床應用，它利用探頭將大部分能量集中到目標組織區域，使組織發生凝固性壞死。本文將重點對超聲聚焦的仿真過程進行探討。
設計無創超聲設備的換能器
超聲波擁有一大優勢：無需貫穿發射信號與目標之間的傳播路徑，就能夠到達金屬、人體器官或生物組織內部。與外科醫生使用的醫療手術刀不同，超聲波不會在患者皮膚上留下任何疤痕，它能精準地對目標組織進行治療，周圍的健康組織受損傷的風險也很低。聚焦超聲波已用于或可用于治療前列腺癌和乳腺癌、高血壓，甚至是青光眼等疾病。
根據不同的換能器設計，超聲波有幾種聚焦方式。COMSOL Multiphysics? 軟件是模擬和優化換能器的有力工具。設計一款能夠有效制造出可到達靶區的超聲場的換能器可能是一項棘手的任務。它依賴于發射信號的頻率和功率；超聲波傳播介質的衰減和吸收；當然還有換能器本身的位置和尺寸。
圖 1：超聲換能器產生的聲場示意圖。
展開 高強度超聲聚焦（High-intensity focused ultrasound，HIFU）是一種用于生物醫學領域的非侵入性技術，包括手術、癌癥治療和沖擊波碎石術。當施加高強度聚焦超聲時，超聲波在焦點上耗散實現組織凝結和消融。我們可以通過仿真進一步分析該技術的聲學特性和非線性性質。
用于醫療的超聲聚焦
超聲聚焦是一種在臨床應用中廣泛使用的技術，它聚焦身體的特定區域，并能防止損害周圍健康組織的風險。高強度聚焦超聲與超聲成像類似，但它是一種侵入性較小的技術。這種技術使用較低的頻率，減少了其他治療方法中常見的副作用。
高強度超聲聚焦使用帶有聚焦透鏡的超聲波換能器，其發射的信號可以在聚焦區內達到較高的強度水平。當信號達到高幅值時，非線性效應變得明顯并產生高次諧波。使用 COMSOL Multiphysics? 軟件和聲學模塊，我們可以對高強度聚焦超聲通過耗散介質的非線性傳播進行建模。
在焦點區域內模擬超聲波信號
本教程模型中使用的換能器外殼和鏡頭被假定為剛性的。半徑為（r）和孔徑為（a）的球面透鏡發出一個五個周期聲波脈沖，聚焦在位于組織中的焦點 F。信號的振幅為 0.1MPa，中心頻率為 1MHz，在傳播過程中只會涉及有限的部分域。當信號傳播時，振幅足以產生高階諧波，但不足以形成激波，這意味著不需要能夠捕獲激波的功能。
二維軸對稱幾何模型的圖解。
我們可以使用以下公式計算從信號到焦點的傳播時間：
其中，c 是聲速，d 是相應材料中的傳播距離。
使用 COMSOL Multiphysics 5.6 版提供的非線性壓力聲學，時域顯式 接口，我們可以模擬流體中的有限幅值高聲壓級非線性波。在本教程中，該接口使用間斷伽遼金有限元法(dG-FEM)，以雙曲守恒律的形式求解非線性聲學方程組。
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通過高頻超聲處理，徹底打破了納米顆粒的團聚現象。形貌學觀測證實，顆粒大幅呈近球形分布且分散均勻，這為更高效的固-液界面熱傳導提供了微觀幾何條件。
Wabtec的測厚解決方案已超越了傳統“卡尺”的范疇，演變為一套集成了物理原理、數字信號處理與數據分析的智能監測系統，無論是通過高頻超聲講解微米級涂層，還是利用霍爾效應征服復雜曲面，這些技術共同構筑了工業質量控制的基石。
Wabtec原奧林巴斯：https://www.wabtecims.com.cn/
Wabtec原奧林巴斯超聲相控陣無損檢測解決方案：https://www.wabtecims.com.cn/zh/phasedarray/
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五、工業CT檢測典型檢測案例
案例 1：汽車發動機缸體鑄件氣孔缺陷分析
項目背景
某國內頭部車企發動機缸體出現批次性滲漏問題，傳統滲透檢測、超聲檢測無法精準定位內部隱蔽孔隙的分布與連通性，導致產品良品率持續偏低。
氣動模型： 基于超聲速一階活塞理論。
數值離散： 采用梯形/任意四邊形域等參映射，結合算子化微分求積法（DQM），以極少的網格節點實現高精度全局離散，徹底消除有限元長寬比災難。
二、 求解器核心功能邊界
復雜特征兼容： 支持曲線纖維變剛度路徑空間分布、支持展向厚度漸縮/雙楔形截面、支持各種經典邊界條件（懸臂、簡支等）。
損傷評估
沖擊后，需使用超聲等無損檢測（NDI）方法量化損傷區域，測量其長度、寬度及最大損傷直徑，損傷程度測量如圖2。
圖2 損傷程度測量
常見的損傷模式包括凹陷、分層、基體裂紋和纖維斷裂，如圖3。
圖3 常見損傷模式
4. 壓縮測試
受損試樣被安裝在一個復雜的支撐夾具中進行壓縮測試。
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###六、收尾工序：檢驗、防護與入庫
1.檢驗：對平臺的平面度、T型槽精度、外形尺寸進行逐一檢測，采用超聲檢測等技術排查內部問題，不合格產品進行返工處理。2.表面防護：對合格產品進行林化、噴漆處理，增強耐銹蝕能力，避免潮濕環境影響使用壽命。3.入庫存儲：將加工完成的箱式T型槽平臺分類存儲，做好防潮、防碰撞防護，便于后續出庫使用。
2.2 提取方式的優化
分別考察超聲提取法、微波提取法和索氏提取法對塑料制品中添加劑提取效果的影響。試驗結果表明，采用索氏提取法和微波提取法的提取效果相對較好，但索氏提取法用時較長，微波萃取法只適用于熱穩定性的物質，且操作繁瑣。考慮到二次超聲提取后提取物質量基本趨于穩定，且超聲萃取成本較低、操作簡便、實際應用較多，因此最終選擇超聲提取法。
絕對不能超聲或者劇烈振蕩來加速溶解。(降解）
4. 溶液進樣前應先經過過濾，以防止固體顆粒進入色譜柱內，引起柱內堵塞，損壞色譜柱。
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