压电与铁电体的断裂力学

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页数:343
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出版时间:2008-10
价格:69.00元
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isbn号码:9787302207641
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  • 物理
  • 材料学
  • 材料
  • 压电材料
  • 铁电材料
  • 断裂力学
  • 材料力学
  • 固体物理
  • 材料科学
  • 工程材料
  • 结构完整性
  • 失效分析
  • 电介质
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具体描述

《压电与铁电体的断裂力学》是关于压电/铁电吲体断裂力学的专著,从理论分析、数值计算和实验观察三个方面比较全面和系统地阐述了压电/铁电固体的断裂问题,强调静态、动态和界面断裂问题的力学提法以及力电耦合效应所导致的电致断裂的物理本质。《压电与铁电体的断裂力学》的上要特色是:详细描述了压电/铁电材料的基本方程以及与断裂问题相关的一般解.以图的形式提供了大量的数值计算结果和实验结果,用简洁的语言解释了复杂的力电耦合断裂问题。《压电与铁电体的断裂力学》的这些特色使固体力学、材料科学、应用物理和机械工程领域的渎者能够很容易抓住问题的物理本质和把握压电/铁电固体断裂力学的研究现状。

经典力学基础与材料行为的深度探索 书籍名称: 固体力学前沿专题:结构失效的微观与宏观机制 作者: (虚构作者:陈子明,李静怡) 出版社: (虚构出版社:精微科学出版社) --- 导言:跨越尺度的挑战 本书旨在为固体力学研究者、高级工程技术人员以及材料科学领域的学者,提供一个深入理解宏观结构失效现象背后微观物理机制的综合性平台。我们关注的重点,是如何从原子、晶格缺陷、以及界面相互作用的尺度,系统地构建出能够准确预测工程材料在复杂载荷条件下(包括静态、动态及环境耦合作用)的本构关系和最终失效模式的理论框架。 在现代工程领域,从航空航天的高性能复合材料到深海能源设施的特种合金,材料的可靠性是保障系统安全的关键。然而,传统的基于连续介质力学的宏观模型,在处理裂纹萌生、扩展的非线性过程,以及材料内部微结构演变时,往往显得力不从心。本书正视了这一挑战,通过整合先进的计算模拟方法与严谨的实验观测,构建起一座连接微观结构与宏观性能的桥梁。 第一部分:连续介质的非线性行为与本构理论的深化 本部分首先对经典弹性理论进行了回顾与拓展,重点聚焦于材料在超越线性弹性极限后的复杂响应。 第一章:广义弹性与超弹性基础 本章详细阐述了应变张量的选择,包括Green-Lagrange应变和Almansi应变,并探讨了其在描述大变形问题中的适用性。重点讨论了能量密度函数在描述材料可恢复变形能中的核心地位。我们深入分析了Mooney-Rivlin模型、Neo-Hookean模型等超弹性本构的数学形式及其在橡胶、生物组织等高分子材料中的应用局限与修正方向。关键在于,如何通过能量函数的分离变量法来精确捕捉材料在体积和形状变化上的解耦或耦合行为。 第二章:粘塑性与损伤演化 在描述材料的不可恢复变形时,粘塑性理论是不可或缺的工具。本章系统梳理了Johnson-Cook、Perzyna模型等经典粘塑性框架,强调了应变率敏感性在高温和高速冲击载荷下的重要性。随后,我们引入了连续介荷损伤力学(CDM)的概念,将材料的退化视为一个状态变量,并推导了损伤变量的演化方程。特别地,我们详细分析了基于等效塑性应变和能量释放率的损伤判据,展示了如何将材料的微孔隙或微裂纹的累积过程融入宏观应力-应变曲线中。 第三章:界面接触与摩擦本构 结构失效常常发生在不同材料的交界面或已存在的界面上。本章侧重于接触力学,阐述了Kuhn-Tucker条件在描述无穿透和无滑移边界约束中的应用。我们详尽分析了各种摩擦模型,从简单的库仑摩擦到考虑接触面形貌和温度效应的粘滞摩擦模型。此外,书中还引入了内聚力模型(Cohesive Zone Model, CZM),它成功地将界面上的裂纹萌生和扩展过程统一在一个连续的应力-位移关系中,为模拟复合材料的分层和粘接结构的疲劳剥落提供了强大的理论工具。 第二部分:断裂力学的现代诠释与计算方法 本部分从能量和应力场奇异性的角度,深入探讨了材料中裂纹扩展的驱动力与控制机理。 第四章:能量驱动的裂纹扩展 本章超越了传统的应力强度因子概念,将焦点完全转移到能量平衡上。我们详细推导了欧文斯(Irwin)的能量释放率G,并将其推广到更复杂的应力状态下,包括混合模加载。书中引入了Rice的J积分,阐明了其作为描述塑性材料裂纹尖端场强度的路径无关积分的物理意义和数学严格性。对于涉及环境因素(如腐蚀)的情况,我们探讨了能量释放率的退化如何与化学反应速率耦合。 第五章:数值模拟:有限元法的应用与局限 在实际工程问题中,精确求解复杂的几何形状和材料行为需要依赖数值方法。本章着重介绍了有限元法(FEM)在断裂分析中的实施。我们不仅讨论了如何使用奇点单元来精确捕捉裂纹尖端的应力梯度,更重要的是,深入分析了XFEM(扩展有限元法)如何克服传统FEM在追踪裂纹路径时的网格重划分难题。书中包含了关于选择合适的单元类型、网格收敛性判据以及处理数值振荡问题的实践指导。 第六章:相场方法:无界面裂纹模拟的范式转变 相场方法(Phase-Field Method)代表了断裂力学研究的前沿方向。本章将裂纹视为一个从零到一连续变化的“相场”变量,从而将裂纹的萌生、扩展和尖端塑性区统一在一个偏微分方程组中。我们详细阐述了无界面(interface-free)模拟的优势,尤其是在处理多裂纹交互、分支以及裂纹闭合等复杂拓扑变化时,相场方法所展现出的稳定性和普适性。书中对驱动相场演化的自由能泛函和退化函数的构造进行了严格的数学推导。 第三部分:动态载荷与多场耦合效应 材料的失效往往不是在静态平衡下发生的,动态响应和多物理场(如温度、电磁场)的耦合作用是现代材料设计必须考虑的因素。 第七章:冲击与高速断裂动力学 本章探讨了材料在极高应变率下的响应。我们分析了拉伸试验(SHPB)背后的波传播理论,并讨论了离面效应(Inertial Effects)在高速断裂中的影响。重点内容包括动态应力强度因子的测量技术以及如何构建能够反映材料粘滞松弛和冲击诱发相变的动态本构模型。书中通过数值模拟实例,展示了冲击波在复合材料层间引发“剥落(Delamination)”的物理过程。 第八章:热力耦合与疲劳损伤 结构在反复载荷作用下的累积损伤——疲劳,是导致结构突发失效的主要原因。本章将疲劳演化视为一个基于能量或应变的累积过程,并介绍了Paris定律及其在高周疲劳和低周疲劳中的适用性。更进一步,我们探讨了热机械耦合对疲劳寿命的影响,例如,在高温环境下,蠕变(Creep)和疲劳的协同作用(Creep-Fatigue Interaction)如何加速材料的劣化。我们应用了损伤演化方程与热传导方程的耦合求解方法来预测热点对疲劳裂纹起裂位置的控制作用。 结语:面向未来的材料设计 本书的最后一部分总结了当前固体力学研究面临的挑战,包括对材料异质性、随机性和尺度效应的量化处理。我们强调了高通量计算和机器学习在加速本构模型参数识别和复杂失效模式预测中的潜力。最终目标是引导读者超越对特定材料或载荷的分析,掌握一套通用的、跨尺度的思维框架,用于设计和评估下一代高性能工程结构的可靠性。 --- 目标读者: 材料工程、结构工程、应用力学、机械工程、航空航天工程等专业的研究生、博士后以及相关领域的资深工程师。本书要求读者具备扎实的固体力学和微积分基础。

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用户评价

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拿到这本《压电与铁电体的断裂力学》,我首先被其厚重的篇幅和精美的插图所吸引。虽然我并非该领域的直接研究者,但作为一名材料工程师,我深知在设计和制造复杂功能材料时,力学性能的重要性不容忽视。压电与铁电材料,以其独特的电学响应,在传感器、执行器、储能器件等领域扮演着越来越重要的角色,而这些器件往往需要在复杂的力学环境中工作。因此,理解它们的断裂行为,对于确保产品的可靠性和耐久性至关重要。我非常好奇书中是否会深入剖析压电与铁电效应与材料断裂之间的耦合机理,例如,在施加电场时,材料内部是否会产生额外的应力,从而影响其断裂过程?又或者,在受到机械应力时,材料的电畴结构是否会发生改变,进而影响其电学性能?我期待书中能够提供一些实用的分析工具或设计指南,帮助工程师在材料选型、结构设计以及工艺优化时,充分考虑压电与铁电材料的断裂特性,避免潜在的失效风险。书中是否会介绍一些先进的无损检测技术,用于监测压电与铁电材料在服役过程中的微小裂纹,从而提前预警?我对书中是否会涉及不同类型压电与铁电材料(如陶瓷、聚合物、单晶)的断裂行为差异,以及如何通过复合材料设计来提高其综合性能,也抱有浓厚的兴趣。这本书能否成为我工作中的一本案头宝典,为我在实际工程问题中提供解决思路和技术支持?

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当我第一次看到《压电与铁电体的断裂力学》这本书时,我的第一反应是:这个标题涵盖了两个如此令人着迷但又似乎截然不同的领域!我是一名电子工程专业的学生,对各种功能材料在电子器件中的应用有着浓厚的兴趣。压电和铁电材料因其独特的电学特性,在传感器、执行器、存储器等领域扮演着至关重要的角色。然而,在我的学习过程中,我逐渐意识到,这些材料在实际应用中并非总是处于理想状态,它们经常需要承受各种机械应力,而材料的断裂问题往往是限制其性能和寿命的关键因素。因此,我非常期待这本书能够为我打开一扇新的视角,让我能够将我对电子材料的理解与力学原理相结合。我希望书中能够以清晰易懂的方式,解释压电与铁电效应是如何影响材料的断裂行为的。例如,当材料受到机械载荷时,是否会诱发电畴重排,从而改变材料的微观应力分布,影响裂纹的萌生和扩展?或者,在施加电场的情况下,材料的断裂韧性是否会发生变化?我特别想知道书中是否会介绍一些用于分析和预测压电与铁电材料断裂行为的计算模型,以及这些模型如何在实际的设计中得到应用。这本书能否帮助我理解,如何在设计电子器件时,充分考虑材料的力学可靠性,从而提高产品的稳定性和使用寿命?

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我是一位对新型功能材料充满热情的本科生,即将面临选择研究方向的挑战。在浏览各种学术资源时,《压电与铁电体的断裂力学》这本书吸引了我。我一直对能够产生独特电学效应的材料感到着迷,比如压电效应在传感器和能量收集领域的应用,以及铁电效应在存储器件中的潜力。然而,我也意识到,这些材料在实际工作环境中常常会受到机械应力的作用,而材料的失效往往源于断裂。因此,我希望通过阅读这本书,能够对压电与铁电材料的力学性能,特别是其断裂行为有一个系统性的认识。我期待书中能够详细介绍导致压电与铁电材料断裂的各种机制,例如,材料内部的应力集中、缺陷的存在、以及外部载荷的类型和大小。同时,我也希望了解,电场的作用是如何影响这些断裂过程的。这本书是否会提供一些关于如何提高压电与铁电材料断裂韧性的方法,例如通过改变材料的微观结构、掺杂改性或者采用复合材料设计?我对于书中是否会包含一些实验方法,用于测量和分析压电与铁电材料的断裂性能,也充满了好奇。如果这本书能够为我提供一个坚实的理论基础和清晰的研究思路,将极大地帮助我确定未来的学术发展方向,为我投身于材料科学的研究打下坚实的基础。

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我是一个正在进行相关领域毕业论文的博士生,手头已经积累了不少关于压电与铁电材料特性的基础文献。然而,在研究过程中,我逐渐发现,仅仅理解材料的电学和压电/铁电响应是不够的,材料在实际应用中所面临的机械载荷以及由此产生的断裂问题,往往是限制其性能发挥甚至导致失效的关键瓶颈。因此,当我看到《压电与铁电体的断裂力学》这本书时,我感到像是找到了失散多年的另一半拼图。我非常期待这本书能够填补我在断裂力学这一块的知识空白,并将其与我已有的压电与铁电材料知识融会贯通。我特别想知道书中是否会深入探讨压电与铁电材料的断裂韧性测试方法,以及如何设计合适的实验来表征其在不同电场加载条件下的断裂行为。我想了解,诸如铁电畴壁迁移、畴翻转以及相变等微观机制,在材料断裂过程中扮演着怎样的角色。这本书是否会提供一些先进的数值模拟方法,例如有限元分析,来模拟压电与铁电材料的复杂断裂过程,并预测其宏观力学性能?我对书中是否会包含一些关于材料疲劳断裂、动态断裂以及断口形貌分析的内容,也充满了兴趣。这些都是在实际工程应用中必须面对的问题,如果这本书能够提供理论指导和技术方法,将对我顺利完成毕业论文并在此领域做出有意义的贡献,起到至关重要的作用。

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我是一位对材料科学抱有极大热情的业余爱好者,常常在书店里寻觅能够拓展我知识视野的书籍。当我看到《压电与铁电体的断裂力学》这个书名时,我立刻被它所吸引。我一直对那些能够与外界能量相互转化的神奇材料感到好奇,而压电和铁电材料正是其中的代表。我曾听说它们在智能设备、能源收集等方面有着广泛的应用,但对于它们在承受外力时的行为,我知之甚少。这本书的标题直接点出了“断裂力学”,这让我感到既有挑战性又充满吸引力。我猜测,这本书可能会像一本科学探险记,带领我走进材料的微观世界,揭示当外力作用于这些特殊的材料时,它们内部的微小裂纹是如何产生的,又是如何一步步扩大,最终导致材料的失效。我希望这本书能够以一种相对通俗易懂的方式,介绍一些关于材料强度的基本概念,以及压电与铁电效应是如何影响这些强度的。例如,我想了解,为什么有些材料在受到电场作用时会变得更坚固,而有些则可能更容易断裂?这本书是否会包含一些生动的图解或模型,帮助我这个非专业人士也能理解那些复杂的力学原理?我渴望通过这本书,不仅能够了解压电与铁电材料的奇妙之处,更能深入理解它们在力学方面的局限性,从而对我们所处的物质世界有更全面的认识。

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作为一个研究固体物理学的研究生,我对材料的本征性质及其在各种外场作用下的响应都非常感兴趣。《压电与铁电体的断裂力学》这本书的出现,无疑为我提供了一个深入探索这一交叉领域的机会。我理解,压电与铁电材料的特殊之处在于其电学性质与力学性质之间存在着深刻的耦合。而当材料面临断裂这一极端力学状态时,这种耦合关系的重要性将更加凸显。我期望这本书能够系统地阐述压电与铁电效应如何影响材料的断裂韧性、断裂模式以及裂纹扩展的驱动力。书中是否会深入探讨,在存在电场诱导的应力或应变的情况下,传统的断裂力学理论是否需要进行修正?我特别关注书中是否会涉及一些前沿的理论模型,例如基于相场方法的断裂模拟,或者利用机器学习来预测压电与铁电材料的断裂行为。此外,我对于书中是否会涵盖不同晶体结构、不同制备工艺以及不同环境因素(如湿度、温度)对材料断裂性能的影响,也充满了期待。对于我这样的研究者而言,能够获得一套严谨的理论框架和前沿的研究方法,将极大地促进我在相关领域的学术研究,并可能为开发新型高性能压电与铁电材料提供重要的理论指导和实验依据。

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初次翻阅《压电与铁电体的断裂力学》,我便被其严谨的学术风格和深刻的理论内涵所吸引。作为一名对材料科学有着浓厚兴趣的跨学科研究者,我一直在寻找能够将宏观力学行为与微观材料特性紧密联系起来的著作。这本书的标题精准地指出了其核心内容,即探讨压电与铁电材料在承受外力作用时的断裂行为。这不仅仅是简单的力学分析,更包含了材料在电场和磁场耦合作用下的复杂响应。我尤其关注书中是否会深入分析材料内部的电畴结构如何影响其断裂韧性,以及在应力集中的区域,电场分布是否会发生异常变化,从而加速裂纹的扩展。我猜想,书中可能会详细阐述基于位错理论、裂纹尖端场分析以及能量原理等经典断裂力学方法,如何被应用于分析压电与铁电体的失效机制。我希望能够从中了解到,诸如材料的晶体结构、缺陷密度、晶界特性以及施加的外界电场强度和方向等因素,会对材料的断裂行为产生怎样的影响。书中是否会提供一些定量的分析模型,能够预测材料在特定应力与电场组合下的断裂强度?我对于书中是否会涉及新型压电与铁电材料(例如纳米材料、复合材料)的断裂行为分析,以及如何通过材料设计或制造工艺来提高其断裂性能,也充满了期待。对于我这样的读者而言,能够获得一套系统性的理论框架,去理解和预测这些特殊材料的力学性能,将具有非常重要的指导意义,尤其是在进行高性能器件的设计与优化时,对断裂力学特性的精确把握至关重要。

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在一次学术研讨会上,我偶然听到同行讨论了关于压电与铁电材料在极端服役条件下的失效问题,这引起了我对《压电与铁电体的断裂力学》这本书的关注。作为一名在航空航天领域工作的工程师,我深知材料的可靠性是决定整个系统成败的关键。压电与铁电材料因其独特的电学特性,在许多高科技领域具有巨大的应用潜力,但同时,它们也可能面临着严峻的力学挑战。我迫切希望这本书能够为我提供一套全面的理论框架,来理解这些材料在承受复杂应力状态下的行为。我尤其关注书中是否会深入探讨,在高速冲击、高低温循环、或者强电场作用下,压电与铁电材料的断裂机制是否会发生显著改变。书中是否会提供一些实用的数值模拟工具或分析方法,来预测材料在不同工况下的疲劳寿命和断裂风险?我希望能够从中获得一些关于如何优化材料设计,提高其在极端环境下的断裂韧性的指导。此外,对于材料的损伤容限分析,以及如何通过无损检测技术来监测和评估材料的健康状况,我也有着浓厚的兴趣。这本书能否成为我在工作中解决实际工程难题的有力武器,帮助我设计出更安全、更可靠的航天器关键部件?

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作为一个对物理学及其应用领域有着广泛兴趣的读者,我总是被那些能够揭示物质内在奥秘的著作所吸引。《压电与铁电体的断裂力学》这个书名,立刻勾起了我对材料科学前沿的探索欲望。我理解,压电与铁电现象本身就充满了奇妙,它们能够将机械能与电能相互转化,为现代科技注入了强大的动力。而“断裂力学”的加入,则让我看到了这一领域更为深刻和实用的一面。我猜测,这本书不仅仅是关于材料本身的基础理论,更重要的是它将深入探讨这些材料在承受外力时的“脆弱性”。我设想,书中可能会用生动形象的语言,解释材料内部微观结构的应力分布,以及当这些应力超过材料的承受极限时,裂纹是如何产生并扩散的。我尤其好奇,书中是否会探讨在有电场存在的条件下,材料的断裂行为会发生怎样的变化?例如,电场的存在是否会像“润滑剂”一样,使得裂纹更容易扩展,还是会像“粘合剂”一样,反而增强材料的抵抗力?我希望这本书能够提供一些直观的例子,让我能够理解,为什么在设计使用压电与铁电材料的设备时,必须考虑到力学因素。这本书是否会以一种易于理解的方式,介绍一些用于分析材料断裂行为的方法,甚至是模拟这些过程的计算机程序?我期待这本书能够像一本精彩的科普读物,在严谨的科学基础上,点燃我对材料世界更深层次的兴趣。

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这本书的封面设计就足够吸引我了,那种深邃的蓝色调,加上一丝丝金色的光泽,仿佛将人带入了材料科学的神秘殿堂。我并非这个领域的专家,只是一个对物理世界充满好奇的普通读者,在书店里偶然翻开它,就被“压电”和“铁电”这两个词所勾起的研究兴趣。我一直对那些能够与电场产生奇妙互动的材料非常着迷,想象它们如何在我们看不到的世界里发挥作用,如何影响着现代科技的方方面面。这本书的标题,直接点出了“断裂力学”这个主题,这让我感到既兴奋又有点忐忑。我想到,即便是最坚固的材料,在极端条件下也会有其极限,而理解材料的断裂机制,无疑是探索其性能边界的关键。这本书是否会像一本侦探小说一样,层层剥开压电与铁电体在承受外力时的内部应力分布,揭示那些隐藏的裂纹萌生与扩展的秘密?我希望它能以一种清晰易懂的方式,将复杂的力学原理与这些特殊的电学现象相结合,让我能够理解,为什么这些材料在受到机械应力时会产生电信号,又或者在施加电场时会发生形变。这其中的耦合机制,听起来就充满了科学的魅力。我尤其对书中是否会涉及一些实际应用案例感到期待,比如在传感器、致动器,甚至是某些前沿的能源收集技术中,这些材料的断裂力学特性是如何被考虑和利用的。我知道,材料的失效往往是灾难性的,但正是对失效机制的深入研究,才能帮助我们设计出更可靠、更耐用的产品。这本书能否帮助我理解,在设计和使用压电与铁电材料时,我们需要注意哪些力学上的考量,才能避免潜在的断裂风险,实现材料性能的最大化?我希望它能够提供一些直观的比喻或者生动的图解,帮助我这个非专业人士也能领略到其中蕴含的科学智慧。

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