声辐射力源于多种物理现象,如由于吸收和散射以及来自于界面和场中其他物体对波的散射、衍射和反射等引起的声波的能量密度的变化。利用声辐射力来操控微小粒子的技术被称为声操控。声操控在材料科学、超声给药、生物物理等领域具有广泛的应用前景,是声学领域的研究热点之一。声操控的核心是对声辐射力的控制,利用声波的辐射力作用可以实现对微小粒子的操控和捕获,因而对声辐射力产生机理的研究对声操控技术的发展具有重要意义。声辐射力的研究目前主要集中在对球形、柱形等规则形状的粒子上以及假设粒子位于无限大的区域中,没有考虑界面对声辐射力的影响。柱形粒子是一种在实际应用中非常典型的粒子,且在实际粒子操控中,待操控的粒子一般位于有界的空间,界面对声波会产生影响,从而引起粒子所受声辐射力的变化。基于此,本文对平面波和高斯波入射时水中阻抗边界附近刚性柱、液体柱及弹性柱的声辐射力进行了分析和研究,重点对高斯波束为入射波时阻抗边界附近水中刚性柱、液体柱及弹性柱所受的声辐射力特性进行了理论推导和数值仿真,主要包含以下几个方面的内容:1.基于声波动理论,推导出了平面波垂直入射及高斯波入射时,阻抗界面附近水中刚性柱、液体柱及弹性柱的散射波系数的表达式,为进一步研究声波辐射力奠定了基础。2.利用声波散射理论,结合柱函数加性定理以及声波的镜像原理,推导出了平面波入射时阻抗边界附近水中柱形粒子的声辐射力表达式。研究了界面反射系数、粒子距界面的距离以及粒子半径对声辐射力的影响。结果表明,随着反射系数的增大,刚性柱、弹性柱的声辐射力函数的值减小,其振荡现象越来越明显,而液体柱的声辐射力函数依赖于ka值的选择,会出现正负值交替变化。随着粒子距边界的距离增大,辐射力的变化加快,声辐射力函数峰值和谷值越来越密集,且随着粒子半径的增加,声辐射力函数的峰值移向低频。3.推导了在轴高斯波入射时阻抗边界附近水中柱形粒子的声辐射力表达式。研究了束腰半径为一倍波长,柱形粒子位于波束中心位置时,界面反射系数、粒子距界面的距离、粒子半径以及粒子距声源的位置对声辐射力的影响。结果表明:声辐射力随着束腰半径的增大而增大,但其增幅逐渐减小。声辐射力随ka的变化趋势不同。ka较大时,柱形粒子的声辐射力随着ka的增大而减小,对于一定的ka,柱形粒子的声辐射力小于平面波声场中界面附近柱形粒子的声辐射力。4.推导了离轴高斯波入射时阻抗边界附近水中柱形粒子的轴向与横向声辐射力的表达式。通过数值仿真,分析了离轴高斯波入射时,阻抗边界附近水中柱形粒子偏离波束中心的位置对声辐射力影响。结果表明:界面对粒子离轴时轴向声辐射力影响的规律与在轴时一致,但值大小不相等,且轴向声辐射力随ka的变化不同。而横向声辐射力在ka较小时,随反射系数的增大而减小,ka较大时随反射系数的增大而增大。随着粒子距边界的距离增大,横向声辐射力和轴向声辐射力的变化加快且峰值和谷值越来越密集。对于任意位置处的粒子,其轴向声辐射力关于Y0/a = 0横向对称分布,横向声辐射力关于波束中心(x0=0,Y0=0)中心对称分布,粒子位于波束传播中心轴时横向声辐射力为零。当柱形粒子完全离开高斯波束的区域后,轴向声辐射力和横向声辐射力也趋于零,且随高斯波束束腰半径的增大,轴向声辐射力增大,横向声辐射力减小。