超声纳米旋转器件的设计及有限元分析说明书.doc

目 录AbstractII1 绪 论11.1引言11.2国内外现状11.3 课题研究的内容及意义32 超声操控微纳米物质的理论基础42.1 声学理论基础42.1.1 声学定义42.1.2 发展前景42.1.3 声辐射力52.2 压电理论基础52.2.1 压电效应52.2.2 压电材料62.2.3压电方程82.2.4 压电材料的振动模式93 操控器件的有限元分析113.1 有限元分析简介113.2 超声器件的有限元分析114 超声纳米旋转仿真174.1超声纳米旋转仿真设备174.2超声换能器的有限元分析174.3结果分析225 总结23参考文献24致谢25超声纳米旋转器件的设计及有限元分析摘 要随着微纳米技术的发展以及微纳米材料在生活和科学领域的运用，我们可以更充分地利用现有的资源，实现节能环保的经济建设！可以说，微纳米技术的发展与革新正在引领着时代前进的脚步。本文中，针对最近出现的超声纳米旋转器件的设计进行探究。实验中已经通过相应的超声纳米旋转器件实现纳米级微粒的旋转操控。有必要对该超声装置进行建模分析，理解其工作机理，为今后的设计提供更好的思路。有限元的分析可以更好的让我们了解物质、结构的特性，而本文中采用ANSYS有限元分析软件进行相关分析。通过模态分析可以发现，在设计中需要结合结构的振动特性开展设计工作，才能实现器件功能的进一步优化。关键词：超声纳米旋转器件；微纳米技术；有限元；ANSYSIIIAbstractWith the development of micro-nano technology and the application of micro-nano materials in the fields of life and science, we can make full use of existing resources and realize the economic construction of energy conservation and environmental protection. It can be said that the development and innovation of micro-nano technology is leading the pace of the times. In this paper, the recent design of ultrasonic nano-rotating devices is explored. In the experiment, the rotational manipulation of nano-particles has been realized by corresponding ultrasonic nano-rotating devices. It is necessary to model and analyze the ultrasonic device, understand its working mechanism, and provide better ideas for future design. Finite element analysis can better let us know about the characteristics of materials and structures, and ANSYS finite element analysis software is adopted in this paper to carry out related analysis. Through modal analysis, it can be found that the design work needs to be carried out in combination with the vibration characteristics of the structure in order to realize the further optimization of device functions.Key words:Ultrasonic nano rotating device； Micro - nano technology； Finite element ；ANSYS1 绪 论1.1引言当今社会随着微纳米科学技术的快速发展，微纳米材料的应用也更为普及。在航空航天领域、顶尖实验设备、微纳米器具和器件及集成电路等机械工程领域和微纳制造领域已广泛应用。微纳米的操控技术是实现微纳米材料在生活及科研领域应用的重中之重，这也实现了微纳米领域引导了现代科学研究领域的动向的主导地位。而现在接触式和非接触式两种是微米物质和纳米物质操控的两个基本方法。微纳米物质的操控技术在生物医学和生物制药上的处理、在材料选择和材料制备的检测、在微纳机电系统的应用等都具有非常显著的影响。借助于微纳米物质的操控技术可以实现在机械上和设备中的高灵敏度传感，可以更为有效地提高工作效率和生产效率，而微纳米物质操控的关键技术就是对对象的捕捉和定向引导利用。利用好微纳米物质的特性，用科学的手段将它引用在现代科学领域，可以更好地造福人类社会。微纳米物质的操控技术也必将引领这个时代的科研动向，让我们身边很多设备可以更容易携带和使用。微纳米操控技术的优点很多，不仅对设备要求不高，而且其操作原理相对容易理解。而非接触式方法的优势则体现在磁性操控上，微纳颗粒无需带电和带磁；这就避免了在操控时产生的电磁的波动对结果产生的影响。而近几年微纳米的操控技术的发展也是一日千里，因其巨大的优势我们更应重视。1.2国内外现状在实现微纳操控方面，可以说仁者见仁智者见智。根据他们的原理，可以分为光、磁、电等手段，而通过这些功能的组合利用又会衍生出其它别的操控功能。例如：对捕捉功能进行组合和利用，可以得到聚焦、定向、分离等功能。随着现代微米和纳米操控技术的快速发展和进步，微纳米材料已经运用在许多科学领域，例如：性能较好的敏感性材料的开发、高精度医学传感技术、生物制药中大分子的捕捉和分离、机械系统的微型结构等等。同时，微纳米材料的开发也具有多样化，利用微纳米材料的不同属性来确定其在特定方面的应用。合理的利用才是体现其价值的根本。2012年，以南京航空航天大学胡俊辉教授和他的科研团队为首放弃了先前认知的声辐射力是操控微纳米物质的主要因素。并以操控银纳米线的实验来佐证微纳米操控其在声学方面操控，并以此提出了一种科学的操控方法：移动声学流操控。微米材料的表面积与体积比相对较小即其比表面积较小，图像相对较大。而纳米材料与之正好相反。声辐射力方面，则由微纳米材料的体积决定。体积越大则其声辐射力越大，相对而言的粘性凝滞力则由微纳米材料的表面积决定，表面积越大粘性凝滞力越大。所以就声辐射力和粘性凝滞力而言，粘性凝滞力在微纳米操控上比声辐射力更具有说服力。而此论文的研究内容是在先前研究的基础上，设计压电致动器来控制微纳米材料同时实现对微纳米器件的操控。所以，国内外研究的现状具有很大的相似之处。目前在微纳米材料制造领域，国内在纳米材料的一维建模和操纵已经相对而言比较成熟了。如纳米显示器，传感器，医学中的精密器件。而随着微米技术的发展，国内外许多科研研究者在微米操控的基础上，更具挑战性的运用在纳米技术上。两者虽有不同，但是在某些方面具有相似之处。然而，尽管在声处理微纳米材料方面已经取得了很大的进展，并且已经设计了许多超声换能器结构来实现对微米材料的处理，但是由于纳米材料与微米材料相比具有许多特性，因此关于超声处理纳米材料的报道很少。而国外Strobl等科研研究者于面声波技术的研究相对国内较为成熟，而国内在这方面与国外有很大的差距。Strobl等科研研究者利用表面声波技术对材料进行角度定位，材料选取这方面用的是多壁碳纳米管。实验过程中，第一步在LiNbO3衬底表面的悬浮液上覆盖玻璃板，第二步对悬浮液（多壁碳纳米管）施加一个定向的表面声波，实验中需保证悬浮液中的多壁碳纳米管的方向与表面声波的方向保持相同，实验结果如图1所示。 图 1 基于表面声波技术的多壁碳纳米管角度定位2012年，胡俊辉等科研工作者首先提出了移动声流捕获和三维移动在单个银纳米线上的应用。实验过程中，超声换能器激发的微探针形成声流，然后利用声流控制银纳米线在硅衬底上的悬浮液中单个银纳米线；在垂直于微探针振动方向的侧面上单根银纳米线和固定的吸附在微探针上；实验过程示意图和实验现象物理图分别如图2所示。图2 实验过程示意图综上所述，微纳米材料的超声操控技术并不是很成熟，需要进一步完善。压电驱动器的结构设计在改变的基础上应不断优化，以提高微纳米材料操作的实际操作性和稳定性。进一步研究压电致动器操纵的声学原理，有助于澄清纳米材料操纵中遇到的问题，从理论高度指导压电致动器的结构设计。此外，在数学模型的基础上通过声学操控，并根据数据仿真结果，可以对压电驱动器的参数进行优化。以前基于移动声流来操纵单个纳米线的方法具有许多优点，但也具有一些小的缺点。由于这种接触控制方法是不可避免的，具有接触方法的固有缺陷，一是对受控纳米材料造成污染，二是如果受控纳米材料是粘性材料，则难以有效地释放纳米材料。因此，设计了一种钩形超声针，以非接触方式操纵单个纳米线，弥补了以往压电驱动器的不足。 1.3 课题研究的内容及意义本研究的预期结果是设计和制造可用于控制液体中纳米材料的超声压电器件与以往的装置和方法相比，超声压电器件可以提高器件的稳定性和可靠性，实现更优异、更丰富的控制性能。微纳米材料的捕获、移动、释放和定位是一项重要而有前途的新技术，在微纳制造等领域有着广泛的应用。基于此，国内外科研工作者对微纳米操控领域进行了大量的工作和研究。把它运用在精密仪器技工，化工设备生产领域等等，不仅在现实生活中得到应用，也可以进一步促进微纳超声操控技术的发展。 32 超声操控微纳米物质的理论基础2.1 声学理论基础2.1.1 声学定义声学不仅生活中非常重要，在物理学中也是一个非常重要的部分。研究机械波在介质中的传播规律，介质的种类不同，机械波在其中的特征也是不尽相同的。声波也是这样，属于机械波的一种。像这种粒子在弹性介质中振动，类似于耦合多个振荡器形成的传播。而在实验中，一个振动器的变化则会引起一系列的不变化。因此，声波传播的必要条件必须有介质的存在。表1 常用的声波分类声波的分类 频率范围 作用于人耳的效果，例子 次声波 20000 Hz 听不到，声纳、超声碎石 按照声波的长短声波大概可以分为三种：次声波、正常声波、超声波。频率低于20Hz的声波称为次声波，次声波的特点有很多：频率低、穿透力强、能量衰减小等，10Hz以下的次声波传输可以达到几千米之外。对于次声波，人耳是感觉不到的。次声波由于接近人的自然频率，对我们的身体会产生严重伤害。人耳能够听到的正常声音频率通常为20Hz至20000 Hz，一旦频率超过20000Hz人耳是感觉不到的。而超声波就是大于20000Hz的声波.同样，超声波在生活中的应用也是极其广泛的，超声波对人体哟还是我们知道的，但是对我们的有益之处我们更能深切的感受到。医院中B超、超声波碎石（结石）等都是超声波的应用之处。但人耳是听不到这种声波的。但动物界许多动物如猫头鹰、蝙蝠因为有着可以像人耳听到声音的接收超声波的器官，是可以感到超声波的。超声波也有其特点: 1 .巨大的能量；2 .传播路径遵循直线。2.1.2 发展前景声音在我们生活中的重要性不言而喻，而声音只属于声学的一个很小的范畴。声学不仅在影视、全息方面的应用，它还在语言交流、听觉、医疗等跨学科领域发挥着重要作用。同时在环境科学、建筑声学也有着广泛的应用。由于声学交叉性，在各个学科领域有着广阔的发展前景。越来越多的科研工作者对声学的研究也逐渐深入，使声学的发展一日千里。 2.1.3 声辐射力声波在传播过程中会产生一定的能量和动量，由于声波和介质的不同会发生一些折射、吸收。在这个过程中能量相互交换，所以收到声辐射力。 通常，能量密度的变化是声辐射力的重要产生要素。由能量密度差理论可得，声辐射力是通过将物体的动能、势能和移动速度与物体表面和时间以一定形式而获得的。表达式如下： 其中K能量密度的动能而U表示能量密度势能，表示物体的表面积，表示物体的速度。2.2 压电理论基础2.2.1 压电效应1880年和1881年压电效应的发展可以说是一种跨越时代的，通过大量实验法国科学家居里兄弟发现了电气石的压电效应并测出了它的压电常数。压电传感器是利用正压电效应，相对的逆压电效应与它是相反的，它的含义是改变电场使晶体机械变形的物理现象。在施加电场时，晶体机械变形。当电场撤销时，晶体又恢复到先前的状态。机械能和电能的相互转换前提条件是正负压电效应中，如图3所示。图 3 正逆两种压电效应的能量转换关系图晶体的正压电效应和逆压电效应的示意图如下图 4 所示。（a） 正压电效应 （b） 逆压电效应 图 4 正压电效应和逆压电效应示意图2.2.2 压电材料 压电材料是一种具有特性的材料，是一种可以施加电压的晶体材料。1946年，钛酸钡陶瓷材料的铁电性能得到确认，逐渐认识到正压电效应和逆压电效应不仅是单晶的独特特性，而且多晶也可以具有相同的特性。与生活中的普通材料相比，碳酸钡压电陶瓷的制备相对来说比较简单，而且极化方向可以根据需求来改变。这也就使压电陶瓷材料在应用中更为普及。几年后，贾菲等科研研究者在碳酸钡压电陶瓷的基础上，发现了更好的压电材料。在各种参数的综合比较中，压电陶瓷换能器( PZT )以其优越的性能在压电陶瓷材料中显现出来。PZT压电陶瓷优点如下: ( 1 )机械强度高，压电电压常数高，冲击时不发生机械变形， 输出电压不会因冲击而显著降低； ( 2 )机械能和电能转换效率相对较高；( 3 )频率和温度稳定性高；( 4 )较高的机械品质因数；( 5 )价格低廉，制备容易。随着科学的不断进步，越来越多的压电材料被发现。经过不断的努力，锆钛酸铅压这种性能较好的压电材料得到了大众的认可。很多压电材料本身不具有压电性能，利用电场对压电陶瓷进行电极化可以获得压电性能。极化过程如图所示。在施加增强电场之后，由于电场的作用，具有不一致方向的畴被布置在电场的方向上，如图 ( b )所示。图( c )就是所说的极化压电陶瓷。 （a）处理前 （b）处理中 （c）处理后图5 压电陶瓷极化过程中的电畴变化示意图为了得出压电次材料的一些数据，反映出它的性能。我们多角度去实验检测，通过它的主要性能来入手。压电材料介电特性的通用参数称之为介电常数，介电常数的表达式如下:C表示压电材料元件的电容，单位为f；d表示电极之间的距离，单位为m；a表示电极的面积()。在生活实际应用中，我们有时也以相对介电常数来表达材料的性能。其关系式: 其中0表示真空绝对介电常数，且该值为F/ m.压电材料的工作必须在特定情况下才能正常进行。在一定的温度范围内，压电材料才可以正常工作，这时候其压电性能才会显现出来。超过这个温度，压电材料将不再具有压电性能，我们称这个临界温度为居里温度，用TC表示。因此，为了使压电材料元件能够正常工作，必须使其在居里温度下工作，否则元件无法正常工作，这就会大大降低我们的工作效率。2.2.3压电方程压电材料力学和电学之间的关系，通过压电方程我们可以直观的看出力和点相互作用的压电特性。但是，在不同的环境测试下，压电材料所选用的方程也是不同的。不同的几点边界，方程自变量是不同的。根据机械边界和电气边界的不同，压电材料的压电方程可分为四种类型: d型、e型、g型和h型。1. d型压电方程：边界条件自由度、电短路自变量应力t、电场强度e因变量应变s、电位移d方程式如下 2. e型压电方程：边界条件机械加紧、电器短路自变量应变s、电场强度e因变量应力t、电位移d方程式如下3. g型压电方程：边界条件机械自由度、电气开路自变量应力t、电位移d因变量应变s、电场强度e方程式如下4. h型压电方程：边界条件机械夹紧、电气开路自变量应变s、电位移d因变量应力d、电场强度e方程式如下了解和掌握压电的基本知识，熟练运用压电材料的压电方程，有助于我们理解和运用压电元件的工作原理，为压电驱动器的设计和制造提供很大的帮助。2.2.4 压电材料的振动模式压电材料的不同，使用的装置也不同。通常振荡器，换能器等装着都是根据压电材料的振荡特性来工作的。根据不同压电材料让其来激发压电体，从而使压电体发生振动，所以我们不仅要了解其振动模式，还要更好的了解元件的工作原理和特性，才可以更有效地的提高工作效率。当振动方向与极化方向一致时，我们称之为正压电效应。当极化方向垂直于振动方向时，称为横向效应。下表显示了常用的不同形状压电材料的振动模式。 图中空心箭头表示压电材料的极化方向，实心箭头表示压电材料的振动方向表2 常见压电振子的振动模式横向效 应 棒的纵向振动 板宽方向振动 板宽方向振动 柱壳的轴向振动 圆板的径向振动 圆环的径向振动 柱壳的径向振动 厚度剪切振动 纵向效 应 棒的纵向振动 板宽方向振动 圆板的厚度振动 厚度剪切振动 93 操控器件的有限元分析3.1 有限元分析简介ANSYS是现在比较主流的有限元分析软件，主要是采用数据分析的方法来解决各种工程问题。有限元法（finiteelementmethod）是在如今科学研究中对材料的研究有着难以取代的地位，他不仅效能高而且比较常用。一般来说，任何有限元仿真软件解决实际工程问题的基本步骤分为以下三个步骤。预处理:建立模型，对模型进行网格划分，赋予材料属性；分析计算:应用载荷和边界约束条件，选择合适的解算器求解；后处理:进一步处理计算结果并以各种形式显示输出，与有限元仿真分析的三个步骤相对应，ANSYS软件分为三个模块来实现各个步骤的功能，即预处理模块、求解模块和后处理模块。3.2 超声器件的有限元分析有限元的分析前面已经大致介绍过了，我们设计一个圆柱几何模型，可以对圆柱进行网格划分。在分析圆柱的同时，应尽可能均匀划分单元格来确保有限元分析的准确性。因为这样可以避免应力集中，有效的降低误差。我们对圆柱进行模态分析和谐响应分析，在特定频率下对其施加载荷，根据载荷的不同得出端部的运动轨迹。通过比较，得出其规律。圆柱模型粗1mm，长10cm如图6所示图6 分析对象模型取前50阶模态，其对应的频率柱形图7如下。最后根据其频率我们选用恰当的频率进行分析。如图所示图7 柱形频率图下面为前两阶振型图图8.1 一阶纵振图8.2 二阶纵振与超声波相对应的我们选20000hz-150000hz，由振型图可以查到23阶其频率为21525Hz，较为合适。图9 频率图其变形云图如10所示图10 23阶分析对象变形云图在此频率下，对其进行谐响应分析，在其固定端附近施加一个载荷。载荷是一个大小为5微牛的力。如图11所示图11 圆柱施加单向载荷我们在其另一端取一个质点，如下图12所示图12 质点的选取然后根据ANSYS进行运算质点在顶端位移数据如下表3 质点位移可以得到质点在顶端的运动轨迹为一条直线为了使数据更充分我们在其固定端附近施加一个简谐载荷，如下图所示图13（a） 圆柱施加简谐载荷载荷加载在X轴上，大小都为5微牛，施加了质点的变形云图 所示图13（b）简谐载荷施加在圆柱体上及质点的选取23然后进行谐响应分析，可得其频率振幅图和频率相角图14 频率振幅图和频率相角图根据频率响应图我们可以看出21500-21750hz之间，质点振幅达到最大。相位角也是在21500-21750hz之间达到最大。可以预测质点在模型顶端做圆形和椭圆运动，为此得出大量质点位移数据。因数据太多我们选其一进行分析。质点的位移数据如下表表4 简谐载荷作用下质点的位移由点的运动轨迹表明质点在做圆形和椭圆形的运动，这也验证了我们先前的预测。所以我们得出结论给模型底端附近施加一个简谐载荷，其顶端在做规则的圆形和椭圆形运动！4 超声纳米旋转仿真4.1超声纳米旋转仿真设备前面我们对圆柱进行了有限元分析，在此基础上我们建立新的三维有限元模型超声换能器的模型。此设备拍摄于南京航空航天大学实验室设备，其实物图如下图15 超声换能器实物图图示出了实验中用于驱动单个银纳米线的旋转装置的结构尺寸。传递梁是由铜片制成的，把它固定在压电片的一端。选取的压电板材料必须是一样的，材质为不锈钢，长度、宽度、厚度分别为30mm、30mm、3mm。将传动梁固定在其中一个压电板之上，如上图中的一角。四个压电环尺寸相同，外径12 mm，内径6mm，厚度1.2 mm。微操作探针由直径仅为10、总长度为3.2 mm的玻璃纤维制成，超出振动传递梁的部分为1.2 mm利用ANSYS有限元仿真软件对其进行了有限元分析。分析了超声转向装置的振动特性以及各种参数对装置性能的影响。这些数据可以指导我们对微纳米转向装置进行改进，为以后同样类似的装置提供一些可靠的模板进行设计。通过仿真可以得到，如果将振动传输梁的材料改为超声换能器的普通材料或改变振动传输梁的结构尺寸，控制装置的工作点(微控制探头做椭圆运动的驱动电压频率)仍然存在。在设计这种控制装置时，微控制探头的长度lm和驱动电压的频率必须避开微控制探头的谐振点。4.2超声换能器的有限元分析利用超声波方法对衬底上液膜中的银纳米线进行驱动，银纳米线做旋转运动并不会使衬底振动。银纳米线可以围绕其中心或一端旋转，并且该旋转中心与微操作探针的尖端重合。由于声学的交叉性和多样性，可以用来操控和旋转各种纳米结构。这就使其有了广阔的发展前景，其在分析中的主流地位有了更强的说服力。其模型如下图（a）(b)图16 模型图其所用材料如下表5所示表5 器件中各个结构材料的参数材料 密度 (kg/m3) 泊松比 杨氏模量 (1011 Pa) 不锈钢 7800 0.30 2.0 铜 8760 0.28 1.13 玻璃纤维 2700 0.30 0.76 铝 2700 0.33 0.7 钛 4500 0.33 1.02 振动传递梁和换能器的三维有限元模型如下所示图17 三维有限元模型上述对象所需的压电常数，机电耦合系数为0.62，机械品质因数为500，介质损耗因数tan为0.6 %，密度为7450 kg / 。 在计算的过程中，都采用峰值为10v的正选驱动电压。出了另外标注的，其他的都是一样。下图18则分别显示了微型探针根部o点在x、y、z方向的振幅与驱动电压频率之间的关系。从图中可以看出，该装置的谐振频率为93 kHz，与激光测振仪测量的结果完全一致。图19看出了金属短板和振动传输梁在z方向的振动，其频率为93kHz。然而，在实验中，没有器件驱动单个银纳米线以93 khz频率旋转的现象。图19的这种情况可以很好地解释原因，振动传输梁在宽度方向上的振动情况不均匀，这也表明粘贴在其上的微操纵探针的根部在z方向上没有均匀的振动相位，导致微操纵探针尖端没有椭圆运动，没有旋转声涡流，也没有单个银纳米线在液体中被驱动旋转。可以观察到，当驱动单个银纳米线旋转时，施加的电压的频率为137 kHz。因此，可以得出结论，整个超声装置在正常工作时不处于共振状态。图18 微型操控探针根部 O 点在 X、Y、Z 方向的振动振幅与驱动电压频率的关系图19 端板和振动传递梁在 93 kHz 时，Z 方向的振动情况为了更好地了解材料参数对装置正常工作点频率的影响，采用控制变量的方法研究了单个变量对工作频率的影响，研究了振动传递梁的密度、杨氏模量和泊松比对工作频率的影响，数据如下图所示。（a）工作频率与振动传递梁密度的关系(b) 工作频率与振动传递梁杨氏模量的关系(c) 工作频率与振动传递梁泊松比的关系图20 振动传递梁的密度、杨氏模量和泊松比对工作频率的影响从图中可以看出，装置的正常工作频率随振动传递梁密度的增加而减小，随杨氏模量的增加而增加，但泊松比基本上对装置的工作频率没有影响。通过以上的有限元分析可以更好的了解材料属性，也为我们后面的实验提供了新思路。我们可以通过单一变量，来改变其它数据来得出不同的结果进行相互比较，从而得出一个契合的对象。通过选择不同密度或杨氏模量的材料，在装置中制作振动传递梁，从而调节装置的正常工作频率。来提升整个实验的效率，也使数据更有说服力。4.3结果分析通过本章的内容，提出了驱动衬底上液膜中单个银纳米线旋转的超声操纵方法。通过有限元仿真分析，发现了用于驱动单个银纳米线旋转的超声转向装置的振动特性，以及装置的各种参数对装置工作性能的影响。这些数据和结果可以指导我们对超声转向装置进行优化和改进。用超声波换能器中常用的金属材料(不锈钢、铝、钛)代替铜材料制作振动传输梁时，超声波控制装置仍能正常工作，通过改变材料参数可以调节装置的正常工作频率。安装振动传输梁也很重要。为了有效地驱动振动传递梁，防止振动传递梁扭转，应将振动传递梁固定在金属端板的一个角上，并沿角平分线固定。最后，为了保证超声转向装置的工作稳定性，在设计超声转向装置时，微转向探头的长度Lm和驱动电压的频率应避开微转向探头的谐振点。5 总结1. 介绍了国内外微纳米研究的现状，详细介绍了微纳材料的超声捕获、超声聚集和超声旋转驱动技术。同时，总结了超声控制微纳材料的特点、优缺点，从而引出本课题的研究目的、研究内容、研究方法和研究意义。2. 认真阅读了以往发表的微纳米物质超声操控研究论文及相关材料，总结以往经验。并根据相关的实验数据我们可以大胆猜测分析对象的运动轨迹，然后进行试验，由得出的实验数据可以来反正猜测的结果，看其是否一致。若一致，则猜测结果正确，如不一致猜测结果错误。然后重新思考其中的错误点，可以增强自己的动手能力和开阔自己的知识面。3. 详细的介绍了有限元的发展，并自学了分析有限元的软件ANSYS。了解到在分析有限元时，需要注意的东西。更有效率的提升了实验的速度。4. 设计了分析对象（圆柱）和超声换能器，并对其进行了有限元分析。通过模态分析和谐响应分析得出了一些结论，有助于以后在实验中的分析。不断对实验设备和仪器进行优化，更好的服务社会和国家。在微纳米的世界我们只是一颗砂石，抱着虚心的态度探索纳米世界的奇妙我们还用很长一段路走。怀揣敬畏之心，让我们更深入的研究、挖掘和完善超声纳米操控技术，在微分之路上走的更远更长。参考文献1杨恺. 纳米颗粒在细胞膜表面的旋转运动研究A. 中国化学会.中国化学会2016年软物质理论计算与模拟会议论文摘要集C.中国化学会,2016. 2王晓飞. 液体中纳米物质超声操控装置及其分析D.南京航空航天大学,2016. 3杨立新,赵楠.Ni纳米线在旋转磁场下的运动行为研究J.工程热物理学报,2015,36(04):838-842. 4宋海龙,汪勇,李昊东,金丹.压电材料及压电效应的应用J.硅谷,2014,7(23):107-108. 5聂少董. 基于梁振动原理的两种超声波电机结构的研究D.东北大学,2014. 6朱景春.超声法合成纳米材料的原理及应用进展J.科学技术创新,2018(07):188-189.7张一达,马春阳,杨蕊,许秀英.超声-电沉积Ni-TiN纳米