挠曲电理论及应用

目录
序言
前言
第1章 绪论 1
1.1 压电效应 2
1.2 挠曲电效应 7
1.3 超越压电效应的智能材料与器件设计 10
1.4 展望 13
参考文献 13
第2章 挠曲电理论 16
2.1 应变梯度、表/界面效应及挠曲电效应 16
2.2 弹性电介质理论发展概述 18
2.2.1 基于内能的变分原理 19
2.2.2 基于吉布斯自由能的变分原理 27
2.3 本构关系 29
2.4 具有挠曲电效应的梁和板理论 34
2.4.1 伯努利–欧拉梁理论 34
2.4.2 铁摩辛柯梁理论 49
2.4.3 基尔霍夫板理论 55
2.5 诺特理论与守恒积分 69
参考文献 74
第3章 挠曲电介质中的波 79
3.1 弹性波概述 79
3.2 半无限大挠曲电介质中传播的弹性波 82
3.2.1 挠曲电介质中的弹性波理论 82
3.2.2 挠曲电效应、微惯性效应和应变梯度弹性效应的影响 86
3.3 压电及挠曲电层状结构中的Love波 87
3.3.1 层状结构中的Love波 87
3.3.2 挠曲电效应对LiNbO3/Si中Love波的影响 93
3.4 压电及挠曲电板中的Lamb波 103
3.4.1 压电和挠曲电板中Lamb波的传播理论 103
3.4.2 挠曲电板中Lamb波的色散关系 108
3.4.3 挠曲电效应对PZT-5H板中Lamb波的影响 110
3.5 半无限大挠曲电介质中的Rayleigh波 114
3.5.1 半无限大挠曲电介质中Rayleigh波传播理论 114
3.5.2 数值计算 117
3.6 本章小结 121
参考文献 122
第4章 挠曲电效应的测试与表征 124
4.1 纵向挠曲电效应的准静态测试方法 125
4.1.1 梯台和圆台挠曲电试件的单轴压缩 125
4.1.2 聚偏氟乙烯纵向挠曲电系数的测量 132
4.2 PVDF纵向挠曲电效应的温度依赖性 135
4.3 挠曲电效应的冲击波压缩实验 138
4.3.1 钛酸钡样品的弹性性能表征 140
4.3.2 钛酸钡样品的一维冲击波压缩实验 141
4.3.3 一维冲击波压缩理论 142
4.4 材料挠曲电效应的分离式霍普金森压杆实验 145
4.4.1 分离式霍普金森压杆冲击极化响应 145
4.4.2 测量系统及数据分析 151
4.5 本章小结 155
参考文献 155
第5章 挠曲电效应的有限元方法 158
5.1 有限元方法的数学基础 159
5.2 变分原理及混合有限单元 161
5.2.1 挠曲电效应的虚功原理 161
5.2.2 约束变分原理 163
5.2.3 二维混合单元的构造 165
5.2.4 三维混合单元的构造 170
5.3 本章小结 174
参考文献 175
第6章 挠曲电器件设计 176
6.1 冲击速度测量用挠曲电传感器 176
6.1.1 冲击速度测量方法简介 176
6.1.2 挠曲电测速传感器原理及性能 178
6.2 挠曲电俘能器 180
6.2.1 弯曲压电纳米线中的静电势 180
6.2.2 弯曲压电半导体纳米线中的静电势 189
6.2.3 压电和挠曲电俘能器模型及其性能分析 204
6.3 挠曲电声波器件 218
6.3.1 声波器件简介 218
6.3.2 挠曲电表面声波器件性能 219
6.4 本章小结 220
参考文献 220
彩图