壓電材料高等力學（英文版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

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• Electromechanics
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• Constitutive Modeling

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齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040344974

商品編碼：1293308624

ISBN:9787040344974
內容介紹


ISBN號碼：9787040344974
書名：壓電材料高等力學（英文版）
作者：Qing-Hua Qin
齣版社：高等教育齣版社
齣版日期 ：2012-09-01
頁數 ：
版次 ：第一版
開本 ：
語種 ：漢語
定價 ：89.00



作者簡介
秦慶華，澳大利亞國立大學教授。2001-2006年被天津大學聘為教育部“長江學者奬勵計劃”特聘教授。主要研究方嚮為計算力學、智能材料與結構、生物材料力學、微納米力學、復閤材料損傷與斷裂力學。
目錄
Chapter 1 Introduction to Piezoelectricity
1.2 Linear theory ofpiezoelectricity
1.2.1 Basic equations in rectangular coordinate system
1.2.2 Boundary conditions
1.3 Functionally graded piezoelectric materials
1.3.1 Typesofgradation
1.3.2 Basic equations for two-dimensional FGPMs
1.4 Fibrous piezoelectric composites

Chapter 2 Solution Methods
2.1 Potential function method
2.2 Solution with Lekhnitskii formalism
2.3 Techniques of Fourier transformation
2.4 Trefftz finite element method
2.4.1 Basicequations
2.4.2 Assumed fields
2.4.3 Element sti伍1ess equation
2.5 Integralequations
2.5.1 Fredholmintegralequations
2.5.2 Volterra integral equations
2.5.3 Abel's integralequation
2.6 Shear-Iagmodel
2.7 Hamiltonian method and symplectic mechanics
2.8 State space formulation

Chapter 3 Fibrous Piezoelectric Composites
3.2 Basic formulations for fiber push-out and pull-out tests
3.3 Piezoelectric fiber pull-out
3.3.1 Relationships between matrix stresses and interfacial shear stress
3.3.2 Solution for bonded region
3.3.3 Solution for debonded region
3.3.4 Numerical results
3.4 Piezoelectric fiberpush-out
3.4.1 Stress transferin the bonded regio
3.4.2 Frictionalsliding
3.4.3 PFC push-out driven by electrical and mechanicalloading
3.4.4 Numerical assessment
3.5 Interfacial debonding criterion
3.6 Micromecharucs offibrous piezoelectric composites
3.6.1 0verallelastoelectric properties ofFPCs
3.6.2 Extension to include magnetic and thermal effects
3.7.1 Conformalmapping
3.7.2 Solutions for thermalloading applied outside an elliptic fiber
3.7.3 Solutions for holes and rigid fibers References

Chapter 4 Treftz Method for Piezoelectricit
4.1 Introduction
4.2 Trefftz FEM for generalized plane problems
4.2.1 Basic field equations and boundary conditions
4.2.2 Assumed fields
4.2.3 Modified variational principle
4.2,4 Generation ofthe element stifffiness equation
4.2.5 Numerical results
4.3.1 Basic equations for deriving Trefftz FEM
4.3.2 Trefftz functions
4.3.3 Assumed fields
4.3.4 Special element containing a singular comer
4.3.5 Generation ofelement matrix
4.4 Trefftz boundary element method for anti-plane problems
4.4.1 Indirect formulation
4.4.2 The point-collocation formulations of Trefftz boundary element method
4.4.3 Direct formulation
4.4.4 Numerical examples
4.5 Trefftz:boundary-collocation method for plane piezoelectricity
4.5.1 GeneraI Trefftz solution sets
4.5.2 Special Trefftz solution set for a problem with elliptic holes
4.5.3 Special Trefftz solution set for impermeable crack problems
4.5.4 Special Trefftz solution set for permeable crack problems
4.5.5 Boundary collocation formulation

Chapter 5 Symplectic Solutions for Piezoelectric Materials
Chapter 6 Saint-Venant Decay Problems in Piezoelectricity
Chapter 7 Penny-Shaped Cracks
Chapter 8 Solution Methods for Functionally Graded Piezoelectric Materials
Index
內容簡介
《壓電材料高等力學（英文版）》主要闡述綫性壓電材料的基本理論和基本研究方法，其中包括Trefftz有限元法、辛力學模型、哈密頓係統；討論瞭縴維增強壓電復閤材料、壓電功能梯度材料、含幣型裂紋壓電材料、壓電材料辛力學等問題。《壓電材料高等力學（英文版）》的讀者對象是物理、力學和材料類相關專業的研究人員和研究生。


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現代材料科學中的關鍵領域：功能梯度材料的理論與應用 本書聚焦於功能梯度材料（Functionally Graded Materials, FGM）這一前沿領域，深入剖析瞭其在結構力學、熱力學以及多物理場耦閤行為方麵的核心理論、先進分析方法及其在現代工程實踐中的廣泛應用。 功能梯度材料，作為一類特殊的先進復閤材料，其材料組成和/或微觀結構沿特定方嚮連續、平滑地變化，從而實現宏觀性能的梯度分布。這種獨特的梯度特性，使其能夠有效解決傳統復閤材料界麵應力集中、熱衝擊敏感等固有難題，在航空航天、能源、生物醫學等高技術領域展現齣巨大的潛力。 本書旨在為材料科學、固體力學、結構工程及相關領域的科研人員、高級工程師和研究生提供一本全麵、深入且具有高度工程實踐指導意義的參考著作。全書結構嚴謹，內容覆蓋瞭從基礎理論構建到復雜工程問題求解的全過程。 第一部分：功能梯度材料的基礎理論與本構描述 本部分奠定瞭理解功能梯度材料復雜行為的理論基石。 第一章：功能梯度材料的起源與分類 本章首先迴顧瞭傳統層狀復閤材料的局限性，引齣功能梯度材料的概念及其在解決界麵問題上的優勢。詳細闡述瞭梯度材料的分類，包括基於成分梯度、結構梯度以及多尺度梯度材料的結構設計思路。討論瞭梯度材料的典型應用場景，強調其在熱-力學匹配方麵的不可替代性。 第二章：梯度材料的微觀結構與材料特性梯度 深入探討瞭影響FGM宏觀性能的微觀尺度因素。內容涵蓋瞭陶瓷-金屬基FGM（Cermet-FGM）和梯度功能復閤材料的微觀結構演化模型。重點分析瞭材料有效性能的計算方法，包括經典的混閤律、自洽模型（Self-Consistent Scheme）以及考慮界麵效應的先進平均場模型。詳細展示瞭材料彈性模量、泊鬆比、熱膨脹係數等參數如何隨空間位置發生連續變化，並討論瞭這種變化率（梯度率）對整體響應的影響。 第三章：功能梯度材料的連續介質力學基礎 本章迴歸到固體力學的基本框架，構建適用於梯度材料的本構關係。推導瞭考慮材料性質空間變化的應力-應變關係，重點討論瞭梯度材料的非均勻性如何體現在應力張量和變形梯度中。引入瞭梯度材料的特有應力張量概念，區分瞭標準連續介質力學與梯度材料力學的關鍵差異。 第四章：熱力學基礎與能量原理 分析瞭功能梯度材料在熱載荷下的行為。建立瞭FGM的熱力學本構方程，包括熱傳導方程和相變模型（如適用）。詳細闡述瞭梯度材料體係的自由能密度泛函，以及基於最小勢能原理和虛功原理的力學平衡方程，這些方程是進行後續結構分析的數學基礎。 第二部分：結構力學響應分析 本部分將理論模型應用於具體的結構力學問題，是本書的工程核心。 第五章：梯度梁的靜力學分析 針對工程中最常見的結構單元——梁，詳細研究瞭不同截麵梯度分布（如冪律、指數律、對數律）下的撓度和應力分布。推導瞭Euler-Bernoulli和Timoshenko梯度梁的控製微分方程。通過精確解法和數值方法（如有限元法的前身解析方法），求解瞭簡支梁、懸臂梁在點載荷、均布載荷以及熱載荷作用下的響應。特彆關注瞭梯度對中性軸位置和最大彎矩的影響。 第六章：梯度闆與殼的穩定性與動力學 將分析擴展到二維結構。首先，係統推導瞭Kirchhoff-Love和Mindlin-Reissner型梯度闆的控製方程。重點分析瞭受壓時的屈麯穩定性，探討瞭梯度變化對臨界屈麯載荷的增強或削弱效應。在動力學方麵，分析瞭梯度闆的自由振動和受迫振動問題，計算瞭梯度對接速度和阻尼對模態頻率和振型的影響。 第七章：三維梯度結構的應力分析 處理復雜的、三維應力狀態下的問題，如梯度圓柱殼和梯度壓力容器。應用位移變量法和勢函數法，求解瞭拉梅問題的梯度材料版本。詳細分析瞭界麵處的應力奇異性問題，並提齣瞭通過優化梯度率來平滑應力梯度、提高結構抗疲勞性能的設計策略。 第三部分：多物理場耦閤與先進問題 本部分深入探討瞭功能梯度材料在實際極端環境下的復雜行為，涉及熱-力耦閤、壓電效應等高級主題。 第八章：熱-力學耦閤分析 功能梯度材料最顯著的優勢之一在於其優異的熱衝擊抵抗能力。本章詳細分析瞭瞬態和穩態熱傳導問題，並將熱應力場與彈性位移場耦閤。建立瞭熱梯度與機械應變之間的本構關係，並應用有限差分法和有限元法求解瞭高溫梯度環境下熱梯度對材料蠕變和鬆弛行為的影響。 第九章：梯度壓電與智能材料係統 本書引入瞭功能梯度壓電材料（FGPM）的概念。分析瞭電場、位移場和電位移場在梯度介質中的耦閤方程。推導瞭梯度壓電梁的彎麯模型，重點研究瞭功能梯度對自發電效應（PVDF）和壓電驅動效率的優化作用。討論瞭FGPM在傳感器和執行器設計中的應用潛力。 第十章：功能梯度材料的斷裂力學與疲勞 這是評估FGM服役可靠性的關鍵。本章闡述瞭梯度材料中的裂紋尖端場解，推導瞭梯度介質中的能量釋放率（$J$積分的推廣形式）。重點分析瞭裂紋擴展路徑如何受到材料梯度方嚮的影響。討論瞭在循環載荷下，材料梯度如何影響疲勞裂紋的萌生和擴展速率，並提齣瞭基於梯度設計的抗疲勞結構設計原則。 第四部分：計算方法與工程應用案例 本部分側重於現代計算工具的應用，並結閤實際工程實例，展示FGM的巨大價值。 第十一章：功能梯度材料的數值模擬技術 詳細介紹瞭求解FGM問題的計算工具。重點介紹瞭如何修改標準有限元軟件（如ABAQUS, ANSYS）中的材料子程序（UMAT/UMATHT），以準確描述材料屬性的連續變化。討論瞭在界麵附近需要采用更高階單元或局部網格細化的必要性。還介紹瞭邊界元法在處理無界域梯度問題中的優勢。 第十二章：先進工程應用案例研究 本章通過具體案例，展示瞭FGM在剋服極端工程挑戰中的能力： 1. 航空發動機熱障塗層（TBCs）設計： 模擬瞭等離子噴塗過程中形成的梯度塗層，分析瞭其在超高溫氣流衝擊下的熱梯度和應力分布，證明瞭梯度設計如何顯著延長塗層壽命。 2. 生物醫學植入體： 分析瞭骨組織與金屬植入物之間的梯度界麵，如何通過匹配彈性模量，有效減少“應力遮蔽效應”，促進骨整閤。 3. 先進防護結構： 探討瞭梯度復閤裝甲在侵徹過程中的能量吸收機製，梯度材料如何通過多級硬化和塑性變形來分散衝擊波。 結論與展望： 總結瞭功能梯度材料當前的研究成就，並指齣瞭未來研究的重點方嚮，包括材料製造工藝的精確控製、多物理場下的非綫性行為建模，以及人工智能輔助下的梯度結構優化設計。 本書內容嚴謹、論證充分，理論推導詳細，並輔以大量的實例和計算結果，是功能梯度材料領域深度研究和工程應用的權威參考書。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡直是令人眼前一亮。那種深邃的藍色調，配閤上簡潔有力的字體，一下子就抓住瞭我的注意力。我拿到書的時候，那種厚實的手感就讓我覺得它絕對是一本分量十足的學術著作。書脊上的燙金工藝處理得非常精緻，即便是放在書架上，也散發著一種低調的奢華感。我尤其欣賞它在細節上的處理，比如紙張的選取，那種略帶紋理的啞光質感，讓閱讀體驗變得非常舒適，即便是長時間翻閱也不會覺得眼睛疲勞。而且，書的裝幀非常牢固，感覺即便是經常翻閱，它也能保持完好的狀態。這種對實體書品質的重視，對於我們這些習慣於手捧書本的讀者來說，無疑是一種享受。當我把它放在桌麵上時，它本身就像是一件藝術品，那種專業而嚴謹的氣質，讓人對書的內容充滿瞭期待。這不僅僅是一本書，更像是一件精心製作的工藝品，展現瞭齣版方在細節上的匠心獨白。

評分☆☆☆☆☆

內容排版和圖錶繪製的清晰度，是衡量一本優秀教材的關鍵指標，而這本教材在這方麵做得非常齣色。首先，字體選擇非常考究，黑白對比度適中，確保瞭即使在光綫不佳的環境下閱讀也不會感到吃力。段落之間的間距處理得恰到好處，使得文本塊既緊湊又不顯得擁擠。更令人稱贊的是那些復雜的數學公式和物理示意圖。它們被清晰地單獨標示齣來，邏輯結構一目瞭然，沒有齣現任何模糊不清或者印刷錯位的現象。特彆是那些涉及到復雜應力分析和晶體結構的部分，作者似乎下足瞭功夫，用多層次的圖示來輔助說明抽象的概念。這種精心的編排，極大地降低瞭理解高深理論的門檻，讓讀者能夠更順暢地跟上作者的思路。每一次我需要迴溯某個關鍵公式時，都能迅速定位到它，這對於學習效率的提升是實實在在的幫助。

評分☆☆☆☆☆

檢索和參考的便利性是衡量一本工具書價值的另一重要維度，而這本書在這方麵做得幾乎無可挑剔。書末的索引部分做得極其詳盡和細緻，幾乎涵蓋瞭所有重要的術語、符號以及核心理論名稱，查閱起來效率極高。更值得稱贊的是它的交叉引用係統，無論是正文中的腳注還是跨章節的相互參照，都標注得清晰明確，真正實現瞭知識點的網絡化連接。當我需要在特定主題上快速獲取背景資料時，我能毫不費力地找到相關的章節和公式編號，這對於撰寫報告或進行深入研究時進行知識點的快速梳理，提供瞭巨大的便利。這種高度組織化的結構，體現瞭作者對讀者實際使用需求的深刻理解，使得這本書完全有潛力成為我案頭必備的長期參考工具書，而不僅僅是一本隻在課堂上用到的教材。

評分☆☆☆☆☆

這本書在理論深度上的挖掘，讓我感到既敬畏又興奮。它不僅僅停留在基礎概念的羅列上，而是深入到瞭材料本徵行為的微觀機製。我特彆喜歡作者處理那些非綫性效應的部分，那種抽絲剝繭的論證過程，仿佛帶著讀者親手去推導每一個方程的由來。在很多教科書往往一筆帶過的地方，這本書卻提供瞭詳盡的背景知識和發展脈絡，使得我們理解“為什麼”要使用某種模型，而不是僅僅記住“如何”使用。這種對物理圖像的深刻洞察力，是區分普通讀物和經典著作的關鍵所在。讀完其中關於本徵頻率響應的那幾章後，我感覺自己對材料在動態載荷下的響應有瞭全新的、更立體的認識。它迫使我跳齣習慣性的綫性思維框架，去擁抱更廣闊、更真實的材料世界。

評分☆☆☆☆☆

語言風格上，這本書保持瞭一種罕見的平衡感。它既有傳統學術著作的嚴謹和精確，又避免瞭過度晦澀難懂的“行話堆砌”。作者在闡述復雜概念時，常常會穿插一些非常形象的比喻，或者引用一些實際工程中的案例來佐證理論的有效性。這種“嚴謹又不失溫度”的敘事方式，極大地提升瞭閱讀的愉悅度。比如，在講解能量耗散機製時，作者沒有直接拋齣復雜的本構方程，而是先用一個生活中的類比來建立直觀感受，然後再逐步引入數學描述。這種循序漸進的教學法，對於自學或者基礎不夠紮實的讀者來說，無疑是一劑強心針。它讓人感覺作者是站在讀者的角度，耐心地引導你穿越迷霧，而不是高高在上地宣講知識。