撓曲電理論及應用

目錄
序言
前言
第1章 緒論 1
1.1 壓電效應 2
1.2 撓曲電效應 7
1.3 超越壓電效應的智能材料與器件設計 10
1.4 展望 13
參考文獻 13
第2章 撓曲電理論 16
2.1 應變梯度、表/界面效應及撓曲電效應 16
2.2 彈性電介質理論發(fā)展概述 18
2.2.1 基于內能的變分原理 19
2.2.2 基于吉布斯自由能的變分原理 27
2.3 本構關系 29
2.4 具有撓曲電效應的梁和板理論 34
2.4.1 伯努利–歐拉梁理論 34
2.4.2 鐵摩辛柯梁理論 49
2.4.3 基爾霍夫板理論 55
2.5 諾特理論與守恒積分 69
參考文獻 74
第3章 撓曲電介質中的波 79
3.1 彈性波概述 79
3.2 半無限大撓曲電介質中傳播的彈性波 82
3.2.1 撓曲電介質中的彈性波理論 82
3.2.2 撓曲電效應、微慣性效應和應變梯度彈性效應的影響 86
3.3 壓電及撓曲電層狀結構中的Love波 87
3.3.1 層狀結構中的Love波 87
3.3.2 撓曲電效應對LiNbO3/Si中Love波的影響 93
3.4 壓電及撓曲電板中的Lamb波 103
3.4.1 壓電和撓曲電板中Lamb波的傳播理論 103
3.4.2 撓曲電板中Lamb波的色散關系 108
3.4.3 撓曲電效應對PZT-5H板中Lamb波的影響 110
3.5 半無限大撓曲電介質中的Rayleigh波 114
3.5.1 半無限大撓曲電介質中Rayleigh波傳播理論 114
3.5.2 數(shù)值計算 117
3.6 本章小結 121
參考文獻 122
第4章 撓曲電效應的測試與表征 124
4.1 縱向撓曲電效應的準靜態(tài)測試方法 125
4.1.1 梯臺和圓臺撓曲電試件的單軸壓縮 125
4.1.2 聚偏氟乙烯縱向撓曲電系數(shù)的測量 132
4.2 PVDF縱向撓曲電效應的溫度依賴性 135
4.3 撓曲電效應的沖擊波壓縮實驗 138
4.3.1 鈦酸鋇樣品的彈性性能表征 140
4.3.2 鈦酸鋇樣品的一維沖擊波壓縮實驗 141
4.3.3 一維沖擊波壓縮理論 142
4.4 材料撓曲電效應的分離式霍普金森壓桿實驗 145
4.4.1 分離式霍普金森壓桿沖擊極化響應 145
4.4.2 測量系統(tǒng)及數(shù)據(jù)分析 151
4.5 本章小結 155
參考文獻 155
第5章 撓曲電效應的有限元方法 158
5.1 有限元方法的數(shù)學基礎 159
5.2 變分原理及混合有限單元 161
5.2.1 撓曲電效應的虛功原理 161
5.2.2 約束變分原理 163
5.2.3 二維混合單元的構造 165
5.2.4 三維混合單元的構造 170
5.3 本章小結 174
參考文獻 175
第6章 撓曲電器件設計 176
6.1 沖擊速度測量用撓曲電傳感器 176
6.1.1 沖擊速度測量方法簡介 176
6.1.2 撓曲電測速傳感器原理及性能 178
6.2 撓曲電俘能器 180
6.2.1 彎曲壓電納米線中的靜電勢 180
6.2.2 彎曲壓電半導體納米線中的靜電勢 189
6.2.3 壓電和撓曲電俘能器模型及其性能分析 204
6.3 撓曲電聲波器件 218
6.3.1 聲波器件簡介 218
6.3.2 撓曲電表面聲波器件性能 219
6.4 本章小結 220
參考文獻 220
彩圖