Smart Structures And Materials 2004 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Society of Photo Optical

作者:Flatau, Alison an (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:130

装帧:Pap

isbn号码:9780819453075

丛书系列:

图书标签:

• Smart materials
• Smart structures
• Composite materials
• Sensors
• Actuators
• Vibration control
• Structural health monitoring
• Non-destructive testing
• Adaptive structures
• Piezoelectric materials

先进结构与材料科学前沿探索：2005年及后续研究综述 本书聚焦于2005年以来，结构工程、材料科学以及交叉学科领域取得的突破性进展与未来发展趋势。它并非对特定历史文献的简单回顾，而是对“智能结构与材料”概念在进入新千年后，如何被重新定义、深化和拓展的全面梳理。本书的深度在于其对跨学科融合的洞察力，涵盖了从微观的纳米级响应到宏观的系统集成，展现了当代工程科学的广阔图景。 第一部分：新一代智能材料的分子设计与宏观响应 本部分深入探讨了2005年以后，材料科学领域在功能化和自适应性方面的飞跃。重点关注那些超越传统复合材料范畴的新型结构材料。 1. 形状记忆合金（SMA）与应变工程的深化应用： 书籍详细分析了基于镍钛（NiTi）系及铁基SMA的最新发展。与早期的应用聚焦于简单的双稳态转变不同，本部分着重介绍了如何通过晶界工程和热处理优化，实现对SMA回复温度窗口的精确调控，使其能适应极端环境（如深空或深海温度波动）。此外，书中还收录了关于多尺度模拟的案例，用以预测SMA纤维在复杂基体（如陶瓷基复合材料C/C）中实现分布式传感和主动振动抑制的潜力。 2. 压电/热释电材料与能量收集（Energy Harvesting）： 重点讨论了薄膜和纳米线结构的压电材料（如PZT、BaTiO3）在结构健康监测（SHM）系统中的集成。内容详述了如何设计高长宽比的纳米发电机，以捕获结构在运行过程中产生的微小机械能（振动、应力波）。书中特别对比了薄膜沉积技术（如脉冲激光沉积PLD与溶胶-凝胶法）对电荷输出效率的影响，并提供了几种创新的电极材料设计方案，以克服传统电极的疲劳和极化退化问题。 3. 智能流体与可重构结构（Reconfigurable Systems）： 对磁流变液（MRF）和电磁流变液（ERF）的研究被提升到了新的高度。书中不仅回顾了它们在阻尼器中的应用，更关注MRF作为可变刚度元件的潜力。通过引入非牛顿流体力学模型，分析了在剪切速率梯度场中，MRF的屈服强度如何被动态控制，从而实现结构在“软”和“硬”状态间的快速切换，这对于地震隔震和主动气动弹性控制至关重要。 4. 响应式高分子材料（Stimuli-Responsive Polymers）： 本章节聚焦于pH值、温度、湿度或光照等环境刺激下可逆变化的聚合物。详细阐述了自修复聚合物网络的化学动力学模型，特别是环氧树胺类或Diels-Alder反应体系的“愈合效率”与“循环修复次数”之间的权衡。此外，书中还涵盖了用于制造仿生肌肉的电活性聚合物（EAP）的驱动机制和功率密度分析。 第二部分：结构集成与系统级智能——从感知到执行 本部分将视野从材料本身扩展到这些材料如何被嵌入到实际工程结构中，形成具有感知、决策和响应能力的系统。 5. 结构健康监测（SHM）的范式转变：分布式传感网络： 本书强调了从点式传感器（如应变片）向分布式光纤传感（DOS）的过渡。详细介绍了基于光纤布拉格光栅（FBG）阵列和基于拉曼散射的温度/应变分布监测技术在大型桥梁和风力涡轮机叶片上的实际部署案例。内容深入探讨了傅里叶变换和基于波形识别的算法，以区分由疲劳裂纹引起的局部刚度退化与环境温度漂移。 6. 主动/半主动控制系统的优化与实施： 针对土木工程和航空航天领域，本章讨论了基于智能材料的阻尼器和作动器如何集成到复杂的反馈控制回路中。书中提供了几种先进滤波算法（如卡尔曼滤波扩展版）在实时状态估计中的应用实例，用以处理高维度传感器数据中的噪声。特别讨论了如何利用SMA的滞后特性，设计出更具鲁棒性的半主动控制策略，以最小化能量消耗。 7. 仿生结构与自适应外形： 该部分借鉴生物界（如鸟类翅膀、鱼鳞）的机制，研究如何使结构表面或整体形态具备环境适应性。重点分析了多自由度（DOF）的仿生机构，这些机构由微型作动器驱动，能够实时改变气动外形或水动力学特性。书中包含了一套用于拓扑优化的数值方法，旨在找到在特定载荷条件下，能以最小材料消耗实现最大变形响应的结构布局。 第三部分：计算建模、数据驱动与未来挑战 本书的最后一部分着眼于支撑上述创新的计算工具和未来十年的研究方向。 8. 多尺度建模与计算力学的新进展： 详尽阐述了如何利用相场法（Phase-Field Modeling）来模拟材料的微观断裂过程，并将其结果通过均匀化方法（Homogenization）映射到宏观有限元模型中。书中特别关注了密度泛函理论（DFT）在预测新型功能材料界面结合能中的作用，展示了计算化学如何指导材料工程实践。 9. 人工智能在材料发现与结构运维中的融合： 本书记录了2005年后数据驱动方法对该领域的冲击。分析了机器学习（ML）算法在加速新型压电陶瓷配方筛选中的效率，以及深度学习模型在识别结构损伤图像中的高精度应用。内容强调了“可解释性AI”的重要性，确保工程师能够理解模型做出决策的物理基础，而非仅仅依赖“黑箱”预测。 10. 寿命预测与可持续性工程的融合： 最后，本书探讨了智能材料在延长结构使用寿命和促进可持续发展方面的角色。研究了如何通过实时监测数据来校准和更新传统的基于威布尔分布或柯西分布的疲劳寿命预测模型，实现真正意义上的基于状态的维护（CBM）。同时，讨论了可回收智能材料的设计原则，以应对未来工程废弃物的挑战。 本书结构严谨，内容覆盖从基础理论到实际工程应用的完整链条，为结构工程、材料科学、机械工程及控制科学的研究人员和实践者提供了跨越式发展的深度参考。

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