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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040344974

商品编码：1293308624

ISBN:9787040344974
内容介绍


ISBN号码：9787040344974
书名：压电材料高等力学（英文版）
作者：Qing-Hua Qin
出版社：高等教育出版社
出版日期 ：2012-09-01
页数 ：
版次 ：第一版
开本 ：
语种 ：汉语
定价 ：89.00



作者简介
秦庆华，澳大利亚国立大学教授。2001-2006年被天津大学聘为教育部“长江学者奖励计划”特聘教授。主要研究方向为计算力学、智能材料与结构、生物材料力学、微纳米力学、复合材料损伤与断裂力学。
目录
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
内容简介
《压电材料高等力学（英文版）》主要阐述线性压电材料的基本理论和基本研究方法，其中包括Trefftz有限元法、辛力学模型、哈密顿系统；讨论了纤维增强压电复合材料、压电功能梯度材料、含币型裂纹压电材料、压电材料辛力学等问题。《压电材料高等力学（英文版）》的读者对象是物理、力学和材料类相关专业的研究人员和研究生。


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现代材料科学中的关键领域：功能梯度材料的理论与应用 本书聚焦于功能梯度材料（Functionally Graded Materials, FGM）这一前沿领域，深入剖析了其在结构力学、热力学以及多物理场耦合行为方面的核心理论、先进分析方法及其在现代工程实践中的广泛应用。 功能梯度材料，作为一类特殊的先进复合材料，其材料组成和/或微观结构沿特定方向连续、平滑地变化，从而实现宏观性能的梯度分布。这种独特的梯度特性，使其能够有效解决传统复合材料界面应力集中、热冲击敏感等固有难题，在航空航天、能源、生物医学等高技术领域展现出巨大的潜力。 本书旨在为材料科学、固体力学、结构工程及相关领域的科研人员、高级工程师和研究生提供一本全面、深入且具有高度工程实践指导意义的参考著作。全书结构严谨，内容覆盖了从基础理论构建到复杂工程问题求解的全过程。 第一部分：功能梯度材料的基础理论与本构描述 本部分奠定了理解功能梯度材料复杂行为的理论基石。 第一章：功能梯度材料的起源与分类 本章首先回顾了传统层状复合材料的局限性，引出功能梯度材料的概念及其在解决界面问题上的优势。详细阐述了梯度材料的分类，包括基于成分梯度、结构梯度以及多尺度梯度材料的结构设计思路。讨论了梯度材料的典型应用场景，强调其在热-力学匹配方面的不可替代性。 第二章：梯度材料的微观结构与材料特性梯度 深入探讨了影响FGM宏观性能的微观尺度因素。内容涵盖了陶瓷-金属基FGM（Cermet-FGM）和梯度功能复合材料的微观结构演化模型。重点分析了材料有效性能的计算方法，包括经典的混合律、自洽模型（Self-Consistent Scheme）以及考虑界面效应的先进平均场模型。详细展示了材料弹性模量、泊松比、热膨胀系数等参数如何随空间位置发生连续变化，并讨论了这种变化率（梯度率）对整体响应的影响。 第三章：功能梯度材料的连续介质力学基础 本章回归到固体力学的基本框架，构建适用于梯度材料的本构关系。推导了考虑材料性质空间变化的应力-应变关系，重点讨论了梯度材料的非均匀性如何体现在应力张量和变形梯度中。引入了梯度材料的特有应力张量概念，区分了标准连续介质力学与梯度材料力学的关键差异。 第四章：热力学基础与能量原理 分析了功能梯度材料在热载荷下的行为。建立了FGM的热力学本构方程，包括热传导方程和相变模型（如适用）。详细阐述了梯度材料体系的自由能密度泛函，以及基于最小势能原理和虚功原理的力学平衡方程，这些方程是进行后续结构分析的数学基础。 第二部分：结构力学响应分析 本部分将理论模型应用于具体的结构力学问题，是本书的工程核心。 第五章：梯度梁的静力学分析 针对工程中最常见的结构单元——梁，详细研究了不同截面梯度分布（如幂律、指数律、对数律）下的挠度和应力分布。推导了Euler-Bernoulli和Timoshenko梯度梁的控制微分方程。通过精确解法和数值方法（如有限元法的前身解析方法），求解了简支梁、悬臂梁在点载荷、均布载荷以及热载荷作用下的响应。特别关注了梯度对中性轴位置和最大弯矩的影响。 第六章：梯度板与壳的稳定性与动力学 将分析扩展到二维结构。首先，系统推导了Kirchhoff-Love和Mindlin-Reissner型梯度板的控制方程。重点分析了受压时的屈曲稳定性，探讨了梯度变化对临界屈曲载荷的增强或削弱效应。在动力学方面，分析了梯度板的自由振动和受迫振动问题，计算了梯度对接速度和阻尼对模态频率和振型的影响。 第七章：三维梯度结构的应力分析 处理复杂的、三维应力状态下的问题，如梯度圆柱壳和梯度压力容器。应用位移变量法和势函数法，求解了拉梅问题的梯度材料版本。详细分析了界面处的应力奇异性问题，并提出了通过优化梯度率来平滑应力梯度、提高结构抗疲劳性能的设计策略。 第三部分：多物理场耦合与先进问题 本部分深入探讨了功能梯度材料在实际极端环境下的复杂行为，涉及热-力耦合、压电效应等高级主题。 第八章：热-力学耦合分析 功能梯度材料最显著的优势之一在于其优异的热冲击抵抗能力。本章详细分析了瞬态和稳态热传导问题，并将热应力场与弹性位移场耦合。建立了热梯度与机械应变之间的本构关系，并应用有限差分法和有限元法求解了高温梯度环境下热梯度对材料蠕变和松弛行为的影响。 第九章：梯度压电与智能材料系统 本书引入了功能梯度压电材料（FGPM）的概念。分析了电场、位移场和电位移场在梯度介质中的耦合方程。推导了梯度压电梁的弯曲模型，重点研究了功能梯度对自发电效应（PVDF）和压电驱动效率的优化作用。讨论了FGPM在传感器和执行器设计中的应用潜力。 第十章：功能梯度材料的断裂力学与疲劳 这是评估FGM服役可靠性的关键。本章阐述了梯度材料中的裂纹尖端场解，推导了梯度介质中的能量释放率（$J$积分的推广形式）。重点分析了裂纹扩展路径如何受到材料梯度方向的影响。讨论了在循环载荷下，材料梯度如何影响疲劳裂纹的萌生和扩展速率，并提出了基于梯度设计的抗疲劳结构设计原则。 第四部分：计算方法与工程应用案例 本部分侧重于现代计算工具的应用，并结合实际工程实例，展示FGM的巨大价值。 第十一章：功能梯度材料的数值模拟技术 详细介绍了求解FGM问题的计算工具。重点介绍了如何修改标准有限元软件（如ABAQUS, ANSYS）中的材料子程序（UMAT/UMATHT），以准确描述材料属性的连续变化。讨论了在界面附近需要采用更高阶单元或局部网格细化的必要性。还介绍了边界元法在处理无界域梯度问题中的优势。 第十二章：先进工程应用案例研究 本章通过具体案例，展示了FGM在克服极端工程挑战中的能力： 1. 航空发动机热障涂层（TBCs）设计： 模拟了等离子喷涂过程中形成的梯度涂层，分析了其在超高温气流冲击下的热梯度和应力分布，证明了梯度设计如何显著延长涂层寿命。 2. 生物医学植入体： 分析了骨组织与金属植入物之间的梯度界面，如何通过匹配弹性模量，有效减少“应力遮蔽效应”，促进骨整合。 3. 先进防护结构： 探讨了梯度复合装甲在侵彻过程中的能量吸收机制，梯度材料如何通过多级硬化和塑性变形来分散冲击波。 结论与展望： 总结了功能梯度材料当前的研究成就，并指出了未来研究的重点方向，包括材料制造工艺的精确控制、多物理场下的非线性行为建模，以及人工智能辅助下的梯度结构优化设计。 本书内容严谨、论证充分，理论推导详细，并辅以大量的实例和计算结果，是功能梯度材料领域深度研究和工程应用的权威参考书。

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

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