标题：基于 COMSOL 的相控阵 16 阵元聚焦声场仿真
摘要：本文基于 COMSOL 软件，对双层结构（水 钢）平界面的相控阵 16 阵元聚焦声场进行了仿真研
究。通过设定聚焦点位于第二层介质的坐标（0,10）mm，并采用压力声学场进行模拟，得到了声压
二维分布图、深度 10mm 径向声压分布图以及钢内中心轴向声压分布图。本研究为相控阵声场仿真提
供了一种可靠的方法和工具。
第一章 引言
1.1 研究背景
相控阵技术是一种通过控制阵列中每个单元的相位和振幅，实现声波束控制和聚焦的技术。在医学超
声成像、无损检测等领域具有广泛的应用。精确的声场仿真是相控阵技术研究的重要基础，为优化设
计和性能预测提供了重要依据。
1.2 COMSOL 软件介绍
COMSOL Multiphysics 是一种基于有限元分析的多物理场建模和仿真软件。它集成了声学、电磁
、热学、流体力学等多个物理学领域，提供了强大的仿真分析能力。
第二章 模型建立
2.1 双层结构（水 钢）平界面模型
本文研究的模型是一个双层结构，上层介质为水，下层介质为钢，二者之间存在平界面。通过建立合
适的几何模型和材料参数，可以实现对声场的仿真分析。
2.2 相控阵 16 阵元设置
在模型中，设置了 16 个相控阵阵元，每个阵元包含了发射和接收功能。通过选择合适的阵元位置和
相位控制，实现对声波的束聚焦效果。
第三章 仿真结果与分析
3.1 声压二维分布图
通过 COMSOL 软件对声压二维分布进行仿真计算，得到图 1。图中展示了聚焦声场的分布情况，可以
看出在聚焦点附近声压较高，随着距离增加声压逐渐降低。
3.2 深度 10mm 径向声压分布图
将聚焦点设定在第二层介质的深度 10mm 处，进行声压分布仿真，得到图 2。图中展示了径向方向上
的声压变化情况，可以看出在聚焦点处声压较高，随着距离增加声压逐渐降低。
3.3 钢内中心轴向声压分布图
在钢内中心轴向进行声压分布仿真，得到图 3。图中展示了声压在钢材料内部沿中心轴向的变化情况
，可以看出声压随着深度的增加逐渐减小。
