壓電與鐵電體的斷裂力學(xué)

前言

　　壓電／鐵電體的機(jī)電耦合特性和各向異性導(dǎo)致其損傷和斷裂特性的研究變得異常復(fù)雜和困難，因此其斷裂力學(xué)問(wèn)題的求解具有一定的挑戰(zhàn)性。弄清楚壓電／鐵電固體斷裂的物理力學(xué)機(jī)制，提高其抗斷裂的能力成為近年來(lái)固體力學(xué)和材料物理領(lǐng)域內(nèi)的重要研究課題。本書(shū)從固體力學(xué)和材料物理相結(jié)合的角度系統(tǒng)論述壓電／鐵電固體的材料特征和工程背景、力電耦合所引起的斷裂行為和破壞模式以及斷裂判據(jù)的建立，集中體現(xiàn)了近年來(lái)這方面的研究成果和所形成的理論體系，豐富了固體力學(xué)的研究?jī)?nèi)容，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。該書(shū)頗具特色：以“力電耦合效應(yīng)是如何影響壓電／鐵電材料斷裂行為”為主題，在強(qiáng)調(diào)物理概念清晰、數(shù)學(xué)力學(xué)處理嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐瑫r(shí)，也非常關(guān)注理論方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)與實(shí)際材料的緊密結(jié)合，為固體力學(xué)和材料物理領(lǐng)域的研究生和研究人員提供了一本頗有價(jià)值的參考書(shū)?！　”緯?shū)作者方岱寧教授和劉金喜教授是具有很高學(xué)術(shù)造詣的青年學(xué)者，具有扎實(shí)深厚的智能材料力學(xué)理論基礎(chǔ)以及材料物理方面的專門(mén)知識(shí)，近十年來(lái)一直從事壓電／鐵電材料和鐵磁材料的變形與斷裂方面的理論與實(shí)驗(yàn)研究，取得了系列創(chuàng)新性成果，在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生了重要的影響。他們以自己多年研究工作為基礎(chǔ)，并參考國(guó)內(nèi)外的有關(guān)文獻(xiàn)和新進(jìn)展，以專著的形式系統(tǒng)地闡明了壓電／鐵電固體斷裂的基本理論和研究方法，內(nèi)容新穎豐富，文獻(xiàn)覆蓋面廣，論述循序漸進(jìn)，結(jié)構(gòu)清晰嚴(yán)謹(jǐn)，具有很高的學(xué)術(shù)水平，是一本優(yōu)秀的學(xué)術(shù)專著。為此，我非常愿意向讀者推薦并作序。

內(nèi)容概要

　　《壓電與鐵電體的斷裂力學(xué)》是關(guān)于壓電／鐵電吲體斷裂力學(xué)的專著，從理論分析、數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)觀察三個(gè)方面比較全面和系統(tǒng)地闡述了壓電／鐵電固體的斷裂問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和界面斷裂問(wèn)題的力學(xué)提法以及力電耦合效應(yīng)所導(dǎo)致的電致斷裂的物理本質(zhì)。《壓電與鐵電體的斷裂力學(xué)》的上要特色是：詳細(xì)描述了壓電／鐵電材料的基本方程以及與斷裂問(wèn)題相關(guān)的一般解．以圖的形式提供了大量的數(shù)值計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言解釋了復(fù)雜的力電耦合斷裂問(wèn)題?！秹弘娕c鐵電體的斷裂力學(xué)》的這些特色使固體力學(xué)、材料科學(xué)、應(yīng)用物理和機(jī)械工程領(lǐng)域的瀆者能夠很容易抓住問(wèn)題的物理本質(zhì)和把握壓電／鐵電固體斷裂力學(xué)的研究現(xiàn)狀。

作者簡(jiǎn)介

　　方岱寧，現(xiàn)為教育部“長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”特聘教授，國(guó)家杰出青年基金和教育部跨世紀(jì)人才基金獲得者，清華大學(xué)工程力學(xué)系固體力學(xué)研究所所長(zhǎng)，【破壞力學(xué)】教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，國(guó)務(wù)院政府特殊津貼獲得者。在先進(jìn)材料的變形與斷裂行為的研究中取得突出的成績(jī)，至今已發(fā)表SCI論文一百多篇，獲得國(guó)家發(fā)明專利8項(xiàng)和自主軟件著作權(quán)1項(xiàng)。2002年獲得教育部“推薦國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（自然科學(xué)類）”，2005年獲得國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)，2007年獲得教育部“推薦國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（發(fā)明技術(shù)類）”?！　》结穼幗淌谶€擔(dān)任中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)試驗(yàn)機(jī)分會(huì)理事長(zhǎng)，中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)理事，復(fù)合材料力學(xué)專業(yè)委員會(huì)副主任，中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)對(duì)外交流與合作工作委員會(huì)副主任，亞太材料力學(xué)協(xié)會(huì)副主席，《International Jouiaaal of Nonlinear Science and Numerical Simulation》執(zhí)行主編，《Acta Mectlanics Sinica》副主編，《力學(xué)學(xué)報(bào)》副主編， 《計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào)》副主編，《力學(xué)進(jìn)展》常務(wù)編委， 《試驗(yàn)技術(shù)與試驗(yàn)機(jī)》編委會(huì)副主任，《復(fù)合材料學(xué)報(bào)》編委、《工程力學(xué)學(xué)報(bào)》編委、《機(jī)械強(qiáng)度》編委、《應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)與工程學(xué)報(bào)》編委。1999年和2000年分別獲得香港Cmucher基金會(huì)基金資助在香港大學(xué)作客座教授，2001年應(yīng)邀到美國(guó)普渡大學(xué)作客座教授，2006年應(yīng)邀到英國(guó)劍橋大學(xué)作客座教授。作為會(huì)議主席多次主辦和主持國(guó)際和國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議?！　⒔鹣?，1982畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)，1988年和1997年獲哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士和工學(xué)博士學(xué)位?，F(xiàn)為石家莊鐵道學(xué)院工程力學(xué)系教授，北京交通大學(xué)固體力學(xué)博士生導(dǎo)師。2006年獲得河北省有突出貢獻(xiàn)中青年專家稱號(hào)。2000～2001年度獲香港裘槎基金（Croucher Foundation）在香港大學(xué)作客座教授。2003年和2004年分別獲得教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)和河北省自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。主要研究方向?yàn)閴弘?、磁電材料及其結(jié)構(gòu)的力學(xué)問(wèn)題。已發(fā)表學(xué)術(shù)論文六十余篇，其中38篇被Sci收錄。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論1.1 壓電鐵電材料斷裂力學(xué)的研究背景1.2 發(fā)展簡(jiǎn)史與趨勢(shì)1.3 本書(shū)的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容安排第2章 電介質(zhì)物理與材料特性2.1 壓鐵電材料的一些基本概念2.2 電介質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)2.3 電極化特性與壓電特性2.3.1 電極化的微觀機(jī)制2.3.2 電極化的物理描述2.3.3 晶體的介電常數(shù)張量與其對(duì)稱性2.4 鐵電疇變理論2.4.1 電疇與疇片結(jié)構(gòu)2.4.2 電疇翻轉(zhuǎn)與疇變準(zhǔn)則第3章 壓電、鐵電斷裂的實(shí)驗(yàn)方法與結(jié)果3.1 力電耦合場(chǎng)作用下的實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)3.1.1 高壓電源3.1.2 高壓絕緣問(wèn)題3.1.3 云紋干涉方法3.1.4 數(shù)字散斑相關(guān)方法3.1.5 偏振光顯微鏡方法3.1.6 實(shí)驗(yàn)裝置3.2 斷裂韌性的各向異性3.3 電場(chǎng)對(duì)斷裂韌性的影響3.4 納米復(fù)相鐵電材料的斷裂3.5 雙層壓電陶瓷結(jié)構(gòu)中電極附近變形場(chǎng)測(cè)量3.6 電極端部裂紋類型的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)3.7 離面極化鐵電單晶的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析3.7.1 低電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)裂尖可恢復(fù)的疇變3.7.2 周期電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的周期疇變3.7.3 電致裂紋擴(kuò)展和裂尖電疇演化3.8 面內(nèi)極化鐵電單晶的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析3.8.1 正電場(chǎng)下試件的響應(yīng)3.8.2 低負(fù)電場(chǎng)下的裂尖疇變3.8.3 負(fù)電場(chǎng)下裂尖的疇變區(qū)3.8.4 交變電場(chǎng)下裂尖電疇演化第4章 壓電材料的場(chǎng)方程4.1 基本方程4.1.1 壓電方程4.1.2 梯度方程和平衡方程4.2 壓電材料電彈常數(shù)之間的約束關(guān)系4.3 壓電材料的電彈常數(shù)4.4 力電耦合問(wèn)題的控制微分方程和邊界條件4.4.1 力電耦合問(wèn)題的控制微分方程4.4.2 力電耦合問(wèn)題的邊界條件第5章 壓電材料力電耦合問(wèn)題的一般解5.1 壓電材料力電耦合問(wèn)題的Stroh型一般解5.1.1 Stroh型一般解5.1.2 壓電Stroh型解的數(shù)學(xué)特性和重要關(guān)系式5.2 壓電材料力電耦合問(wèn)題的Lekhniskii型一般解5.3 橫觀各向同性壓電材料二維問(wèn)題的一般解5.3.1 橫觀各向同性壓電材料反平面問(wèn)題的一般解5.3.2 橫觀各向同性壓電材料平面問(wèn)題的一般解——Stroh方法5.3.3 橫觀各向同性壓電材料平面問(wèn)題的一般解——Lekhniskii方法5.4 橫觀各向同性壓電材料三維問(wèn)題的一般解第6章 均勻壓電材料的斷裂力學(xué)6.1 反平面斷裂問(wèn)題6.2 平面斷裂問(wèn)題6.3 三維裂紋問(wèn)題6.3.1 問(wèn)題的描述6.3.2 電彈場(chǎng)的求解6.4 介電橢圓孔的力電耦合問(wèn)題6.4.1 含介電橢圓孔壓電材料的反平面問(wèn)題6.4.2 含介電橢圓孔壓電材料的廣義平面問(wèn)題6.5 裂紋面電邊界條件對(duì)裂紋尖端場(chǎng)的影響第7章 壓電材料的界面斷裂力學(xué)7.1 均勻力電載荷作用下壓電材料的界面裂紋7.1.1 界面裂紋的尖端場(chǎng)7.1.2 絕緣界面裂紋的全場(chǎng)解7.2 材料性能對(duì)界面裂紋尖端場(chǎng)的影響7.3 含界面裂紋壓電材料的Green函數(shù)7.3.1 壓電材料Green函數(shù)概述7.3.2 反平面界面裂紋的Green函數(shù)第8章 壓電材料的動(dòng)態(tài)斷裂力學(xué)8.1 裂紋壓電體的彈性波散射8.1.1 壓電體中彈性波傳播的基本概念8.1.2 壓電體中裂紋對(duì)彈性波散射的主要研究工作8.1.3 壓電一彈性層狀半空間中界面裂紋對(duì)Love波的散射8.2 壓電介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)裂紋8.2.1 運(yùn)動(dòng)界面裂紋的反平面問(wèn)題8.2.2 運(yùn)動(dòng)裂紋的平面問(wèn)題8.3 裂紋壓電體對(duì)力／電沖擊載荷的瞬態(tài)響應(yīng)8.3.1 力／電沖擊載荷作用下裂紋壓電體的反平面問(wèn)題8.3.2 條形壓電介質(zhì)中Ⅲ一型裂紋的瞬態(tài)響應(yīng)8.3.3 力／電沖擊載荷作用下裂紋壓電體的平面問(wèn)題8.4 壓電材料的動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展8.4.1 Ⅲ－型導(dǎo)電裂紋的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展8.4.2 Ⅲ－型介電裂紋的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展第9章 鐵電材料的非線性斷裂力學(xué)9.1 非線性斷裂力學(xué)模型9.1.1 電致伸縮模型9.1.2 Dugdale模型9.2 疇變?cè)鲰g模型9.2.1 解耦的各向同性模型9.2.2 力電耦合的各向異性模型9.3 非線性COD模型9.3.1 裂紋張開(kāi)位移（COD）的定義9.3.2 壓電效應(yīng)引起的裂紋張開(kāi)位移9.3.3 疇變對(duì)裂紋張開(kāi)位移的影響9.4 力載荷下BaTiO3單晶的裂尖疇變和裂紋擴(kuò)展的相互作用9.4.1 實(shí)驗(yàn)原理與技術(shù)9.4.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象9.4.3 疇變區(qū)分析9.4.4 鐵彈疇變?cè)鲰g第10章 斷裂準(zhǔn)則10.1 應(yīng)力強(qiáng)度因子準(zhǔn)則10.2 能量釋放率準(zhǔn)則10.2.1 總能量釋放率準(zhǔn)則10.2.2 機(jī)械應(yīng)變能釋放率準(zhǔn)則10.3 能量密度因子準(zhǔn)則10.4 應(yīng)力強(qiáng)度因子準(zhǔn)則的進(jìn)一步討論10.5 COD準(zhǔn)則第11章 電極誘致壓電材料的電彈場(chǎng)集中11.1 表面電極附近的電彈場(chǎng)11.1.1 條形表面電極附近的電彈場(chǎng)11.1.2 圓形表面電極附近的電彈場(chǎng)11.2 界面電極附近的電彈場(chǎng)……第12章 電致疲勞斷裂第13章 壓電與鐵電材料斷裂分析的數(shù)值方法附錄 壓電陶瓷的材料常數(shù)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　電子顯微技術(shù)：電子顯微術(shù)是目前用來(lái)觀測(cè)電疇的主要方法。其優(yōu)點(diǎn)是分辨率高，而且可觀測(cè)電場(chǎng)作用下疇的變化。SEM（掃描電鏡）可直接觀測(cè)樣品表面，用TEM（透射電鏡）則在樣品制備方面需付出較大努力。TEM用的樣品通常是薄箔，也可用表面復(fù)型（修飾法）。近年來(lái)出現(xiàn)的掃描力顯微鏡是研究電疇的一種有力手段，其優(yōu)點(diǎn)是適用于各種材料，不需要真空，而且可以觀測(cè)到。nm級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)。光學(xué)法觀察疇的尺寸只能到μm級(jí)，而利用電子顯微技術(shù)則可觀察寬度直到nm級(jí)的疇結(jié)構(gòu)及疇壁的運(yùn)動(dòng)?！　∷岣g技術(shù)：利用鐵電體在酸中被腐蝕的速度與偶極矩極性有關(guān)的特點(diǎn)，不同極性的疇被腐蝕的程度不一樣。偶極矩正端被酸侵蝕很快，負(fù)端侵蝕速度很慢，用顯微鏡即可直接觀察。腐蝕技術(shù)的主要缺點(diǎn)是具有破壞性而且速度慢?！　》勰┏恋矸ǎ豪媒^緣液中某些有顏色的帶電粒子的沉淀位置來(lái)顯示疇結(jié)構(gòu)。比如黃色的硫和紅色的氧化鉛粉末在乙烷中將分別沉積在疇的負(fù)端和正端，從而顯示出疇結(jié)構(gòu)。　　液晶顯示技術(shù)：這是近年才發(fā)展起來(lái)的觀察電疇結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。它是將一薄層向列型液晶覆蓋在鐵電晶體表面，由于電疇極性的影響，液晶分子會(huì)形成一個(gè)與疇結(jié)構(gòu)相應(yīng)的圖案，用偏光顯微鏡直接觀察。這種方法優(yōu)于酸腐蝕法和粉末沉淀法。特點(diǎn)是方便而且快，能迅速響應(yīng)疇結(jié)構(gòu)的快速變化，并具有十分高的分辨率?！　〈送?，還可用熱電技術(shù)、X射線技術(shù)和凝霧法等來(lái)研究電疇。　　2.4.2 電疇翻轉(zhuǎn)與疇變準(zhǔn)則　　1.電疇翻轉(zhuǎn)　　鐵電體中的電疇在力電場(chǎng)的作用下可能發(fā)生翻轉(zhuǎn)，我們稱為疇變。疇變的微觀機(jī)理可以用鐵電體的原子模型來(lái)解釋。下面以自發(fā)極化后的BaTiO3為例來(lái)討論外加電場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)作用下的疇變問(wèn)題?！　∈紫瓤紤]僅有電場(chǎng)加載的情況。若外電場(chǎng)E的方向與現(xiàn)有的極化Ps方向不一致，當(dāng)外加電場(chǎng)足夠大時(shí)，自發(fā)極化方向與電場(chǎng)方向不一致的晶胞中的Ti4+離子就要發(fā)生遷移，使晶胞的極化狀態(tài)向另外五種可能極化狀態(tài)之一轉(zhuǎn)變，并使新的自發(fā)極化方向最接近于外加電場(chǎng)方向，這時(shí)對(duì)應(yīng)的電疇發(fā)生180度或90度的翻轉(zhuǎn)，如圖2.12所示。一般將電場(chǎng)引起的疇變稱為鐵電性。

圖書(shū)封面

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    壓電與鐵電體的斷裂力學(xué) PDF格式下載

---