Modelling of Multilayered Piezoelectric Composites pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:David, Claire

出品人:

页数:75

译者:

出版时间:

价格:271.00 元

装帧:

isbn号码:9781604568684

丛书系列:

图书标签:

• Piezoelectric composites
• Multilayered structures
• Finite element analysis
• Material modelling
• Mechanical behaviour
• Energy harvesting
• Sensors
• Actuators
• Structural analysis
• Composite materials

书名： Modelling of Multilayered Piezoelectric Composites 图书简介： 本书深入探讨了多层压电复合材料的建模与分析。压电复合材料因其独特的机电耦合效应，在传感器、执行器、能量采集、医疗器械以及航空航天等领域展现出巨大的应用潜力。随着材料科学和制造技术的不断进步，多层压电复合材料的设计和性能优化变得尤为重要，而精准有效的建模是实现这一目标的关键。 本书系统地阐述了构建多层压电复合材料模型所需的理论基础、数学框架以及数值方法。我们将从压电材料的基本本构关系出发，详细介绍经典的压电耦合方程，并在此基础上，重点分析多层结构带来的复杂性。书中将涵盖不同尺度下压电复合材料的建模策略，包括宏观、介观和微观尺度的分析方法。 在宏观尺度建模方面，本书将重点介绍连续介质力学与电磁理论相结合的耦合模型。我们将详细解析如何将压电材料的本构方程应用于多层堆叠结构，并考虑不同层之间的界面效应，例如界面处的电荷连续性、应力连续性或不连续性。有限元方法（FEM）将作为一种核心的数值求解工具进行详细介绍，并结合具体的算例展示如何利用FEM对多层压电复合材料的静态响应、动态响应以及耦合场行为进行模拟。此外，也将探讨其他数值方法，如边界元法（BEM）在某些特定问题上的应用优势。 介观尺度建模部分，本书将聚焦于复合材料内部微观结构的表征和建模。对于由压电体和非压电基体组成的复合材料，其宏观性能在很大程度上取决于微观结构的几何形态、相分布以及界面特性。本书将介绍如何利用均质化方法（Homogenization methods）来从微观结构推导出等效的宏观本构参数，从而构建有效的介观尺度模型。我们将探讨不同微观几何构型（如纤维增强、层状结构）对压电性能的影响，并介绍相应的建模技术，包括自洽模型（Self-consistent models）和复合球模型（Composite sphere models）等。 微观尺度建模将触及材料内部晶格结构和缺陷对压电性能的影响。虽然本书侧重于多层结构，但对微观尺度的理解有助于更深入地把握材料的本征行为。我们将简要介绍第一性原理计算（First-principles calculations）等方法在研究压电材料原子尺度性质方面的应用，以及如何将这些信息反馈到介观或宏观模型的参数提取中。 本书的另一核心内容将是对多层压电复合材料的失效机理和寿命预测进行建模。在实际应用中，材料的力学载荷、电场激励以及环境因素可能导致材料发生疲劳、断裂或界面脱层等失效现象。我们将探讨相关的失效准则和损伤力学模型，并介绍如何将这些模型集成到多层结构的数值模拟中，以预测材料的服役寿命和可靠性。 此外，书中还将涉及多层压电复合材料在特定应用场景下的建模考量。例如，针对能量采集应用，我们将讨论如何建模压电结构在振动激励下的电能输出，以及如何优化结构设计以最大化能量转换效率。针对传感器应用，将分析如何建模压电结构对外部压力、应变或温度的响应，并研究模型的精度和灵敏度。针对执行器应用，则将重点分析模型的响应速度、位移精度以及驱动能力。 本书的目标读者包括对压电复合材料感兴趣的材料科学家、机械工程师、电气工程师、博士后研究人员以及高年级本科生。通过阅读本书，读者将能够掌握多层压电复合材料的建模方法，理解不同尺度下建模的策略和技术，并能够利用所学知识分析和设计具有特定功能的压电复合材料器件。本书旨在为读者提供一个坚实的理论基础和实用的分析工具，以应对当前和未来压电复合材料领域面临的挑战。

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这部巨著的封面设计得颇为典雅，墨绿色的主调配上烫金的字体，透露出一种深厚的学术气息。我花了整整一周的时间沉浸其中，尤其是在深入研究了关于“非线性振动模式耦合”的章节时，那种豁然开朗的感觉简直让人难以自拔。作者在阐述复杂的数学模型时，并没有采用那种令人望而却步的纯符号堆砌，而是巧妙地融入了大量的物理图像和工程实例。比如，他对于压电陶瓷与聚合物基体的界面应力传递机制的分析，不仅严谨地运用了梯度理论，还结合了最新的扫描声学显微镜（SAM）图像数据进行验证，这使得理论推导不再是空中楼阁，而是具有极强的可操作性。我特别欣赏的是，书中对复合材料宏观力学性能与微观结构参数之间关系的探讨，那种由微观尺度到宏观效应的层层递进，逻辑性极强，让人能清晰地追踪材料行为的根源。对于那些希望从基础理论上升到实际应用层面的工程师和研究生来说，这本书无疑是极佳的参考手册，它提供的不仅仅是公式，更是一种系统性的思考框架。

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我对学术书籍的评价标准往往很苛刻，尤其是那些声称覆盖“多层复合材料”的著作。然而，这本书在材料选择的多样性和耦合机理的广度上，确实展现了非凡的视野。它不仅仅局限于传统的PZT和PVDF，还详细分析了新型的柔性压电薄膜在弯曲结构中的应用潜力，这在当前可穿戴电子设备的背景下显得尤为及时和重要。作者在讨论阻尼特性时，没有停留在简单的粘滞阻尼模型上，而是深入挖掘了材料内部的弛豫过程和分子链运动对能量耗散的影响，这极大地拓宽了我对“损耗因子”的理解边界。阅读过程中，我多次停下来，对比了书中关于“本征阻尼”和“结构阻尼”的区分，这种清晰的界定在许多综述性文章中是缺失的。总而言之，这本书为复合材料的动态性能分析提供了一个极具前瞻性的、细致入微的视角。

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这本书的阅读体验，在我看来，更像是一次与顶尖专家进行深度对话的过程。它不是那种追求面面俱到的教科书，而是一本专注于解决特定复杂问题的深度专著。它的深度是毋庸置疑的，特别是对“波的传播与散射”部分，涉及到的傅里叶变换和模式分解技巧，即便是具有扎实背景的博士生也需要放慢速度仔细揣摩。但正是这种挑战性，才让知识的吸收变得更为深刻和持久。我喜欢它在每章末尾设置的“延伸思考与未解难题”栏目，这不像是一般的习题集，更像是一种思想上的激发，引导读者去思考当前研究的前沿和瓶颈。例如，书中对压电材料中电畴转化的热力学描述，虽然艰深，却为理解高频工作条件下的材料衰减提供了全新的视角。这本书的价值，不在于它教会你多少现成的答案，而在于它教会你如何去构建解析复杂问题的思维工具箱。

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从排版和易读性的角度来看，这本书的处理也值得称赞，考虑到其内容的复杂性，能做到这一点实属不易。图表的清晰度和一致性非常高，尤其是那些表示应力张量和电位移场的矢量图，线条流畅，标识明确，极大地减轻了读者在空间想象上的负担。我尤其赞赏作者在引用文献时的严谨性，参考文献列表非常详尽，涵盖了近三十年来的核心文献，并且很多引用都带有简短的注释，指明了特定理论的出处或适用范围。这使得读者在需要追溯原始出处时能高效地定位信息，避免了在浩如烟海的文献中迷失方向。对于一个需要频繁进行文献调研的科研人员来说，这本书的参考价值已经超越了其主要内容本身，它本身就是一个高质量的专业信息导航系统。这本书无疑将成为我未来几年内工作台面上最常翻阅的工具书之一。

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说实话，拿到这本书的时候，我正面临一个棘手的科研难题，涉及多层结构的热机耦合效应。这本书的结构安排简直是为我量身定制的。它的组织方式非常线性化，从基础的本构关系建立开始，逐步过渡到动态响应分析，最后落脚于传感器和执行器的优化设计。最让我印象深刻的是其在处理“层间缺陷对谐振频率的影响”那一节中的论述。作者引入了一种创新的有限元建模技术，它能更精确地模拟不同材料层之间的粘接质量变化，而不是简单地假设完美的界面连接。这种对现实世界中不完美性的深刻洞察，使得书中的模型预测结果与我的实验室测量数据吻合度出奇地高。那种对细节的执着，对每一个假设条件的严格审视，都体现了作者深厚的学术功底和严谨的治学态度。读完这部分内容，我立刻着手修改了我的仿真参数，效果立竿见影，这直接为我的研究进度争取了宝贵的时间。

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