大规模PMUT阵列模拟的混合型简化序贯和高保真双侧谱元方法框架
数值分析
2026-03-09 v1 数值分析
摘要
压电微机械超声接收器（PMUT）因其双向电机械行为、紧凑设计和与低电压电子的兼容性，成为下一代超声感知和成像的关键组件。随着PMUT阵列规模和复杂度的增长，高效地建模其耦合电机械-声学行为变得日益具有挑战性。本工作提出了一种新型计算框架，将简化序贯方法与双侧谱元方法（Discontinuous Galerkin Spectral Element Method, DGSEM）结合，用于模拟大型PMUT阵列。每个PMUT的机械行为由一组振动模态表示，这些模态与声学域模型耦合以描述整个阵列。为进一步提高效率，第二个声学域通过DG界面连接，实现非共形网格细化、可变近似阶数和准确波束传播。该框架在SPectral Elements in Elastodynamics with Discontinuous Galerkin（SPEED）软件中实现，这是一个开源、并行的平台，利用域分解、高阶多项式、METIS图划分和MPI实现可扩展性能。该方法的提出解决了网格划分、支持PMUT发射和接收相位的高保真模拟的关键挑战。数值结果表明，该框架在大型PMUT阵列模拟中具有准确性、可扩展性和效率。
引用
@article{arxiv.2603.06267,
title = {A hybrid reduced-order and high-fidelity discontinuous Galerkin Spectral Element framework for large-scale PMUT array simulations},
author = {Paola F. Antonietti and Omer M. O. Abdalla and Michelangelo G. Garroni and Ilario Mazzieri and Nicola Parolini},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.06267},
year = {2026}
}