Functional and Smart Materials pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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☆☆☆☆☆

出版者:Springer

作者:Zhong-lin Wang

出品人:

页数:508

译者:

出版时间:1998-01-15

价格:USD 189.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780306456510

丛书系列:

图书标签:

纳米材料
纳米
材料
智能材料
功能材料
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具体描述

In the search for new functional materials, a clear understanding about the relationship between the physical properties and the atomic-scale structure of materials is needed. Here, the authors provide graduate students and scientists with an in-depth account of the evolutionary behavior of oxide functional materials within specific structural systems, discussing the intrinsic connections among these different structural systems. Over 300 illustrations and key appendices support the text.

机械系统中的动态力学分析：先进结构与振动控制的理论与应用图书简介本书深入探讨了现代工程领域中机械系统动态行为的复杂性，重点聚焦于先进结构材料、智能系统集成以及主动与被动振动控制策略的理论建模与实际应用。全书旨在为结构动力学、机械工程、航空航天以及土木工程等领域的工程师、研究人员和高年级学生提供一个全面且深入的参考框架。本书结构严谨，从基础的连续介质力学和材料本构关系出发，逐步过渡到复杂系统的振动分析、非线性动力学，以及面向特定功能实现的主动控制技术。第一部分：基础理论与材料本构的扩展本部分奠定了分析复杂机械系统动态行为所需的理论基础，并引入了超越传统线性弹性模型的先进材料概念。第一章：连续介质动力学与场方程的推广本章重温了经典弹性力学的基本假设，并将其扩展到考虑材料阻尼、粘弹性行为和速率依赖性的框架内。重点讨论了运动方程的推导过程，包括拉格朗日法和哈密顿原理在动力学分析中的应用。引入了空间离散化方法，特别是有限元法（FEM）的变分原理基础，为后续的模态分析奠定基础。深入分析了边界条件对系统固有特性（如特征频率和振型）的影响，特别关注非均匀截面梁、板壳结构的动力学建模挑战。第二章：先进结构材料的本构关系与时变特性本章聚焦于那些在动态载荷下表现出复杂行为的材料。首先，详细考察了粘弹性材料的时域和频域本构关系，如Kelvin-Voigt模型和Maxwell模型的扩展应用，并讨论了如何通过广义Maxwell模型精确描述聚合物和复合材料的松弛现象。随后，引入了分数阶导数模型（Fractional Derivative Models）来更准确地描述高频或宽频带下的能量耗散机制。此外，探讨了温度依赖性对材料模量的影响，即热机械耦合效应，这在高速旋转机械和高超声速飞行器结构分析中至关重要。第三章：复合材料与夹层结构的动力学建模针对当前工程中广泛使用的层合板和夹层结构，本章提出了精确的动力学分析框架。针对各向异性材料的本构关系，推导了经典层合板理论（CLT）和更精确的剪切变形理论（First-order Shear Deformation Theory, FSDT）的运动方程。重点解析了FSDT如何有效捕获层间剪切效应，这对于厚板和高模量复合材料至关重要。对于夹层结构，讨论了芯层材料（如蜂窝或泡沫）的动力学特性如何影响整体结构的低频响应和阻尼特性。第二部分：复杂系统的振动分析与模态识别本部分将理论模型应用于具有复杂几何形状和激励条件的实际系统，并介绍了实验模态分析的技术。第四章：非均匀与几何非线性系统的模态分析当结构尺寸较大或振幅显著时，几何非线性效应（如大变形下的膜张力效应）必须被纳入考虑。本章详细推导了非线性梁和板的运动方程，通常采用基于能量的方法（如Von Karman应变关系）。系统分析了这种非线性如何导致频率锁定、颤振和软化现象。同时，讨论了如何使用平均法、多尺度法或庞加莱映射来求解这些非线性系统的稳态响应。第五章：随机振动与频响函数的估计在实际工程环境中，载荷通常表现为随机过程，如风振或地震动。本章深入探讨了随机振动理论，从功率谱密度（PSD）和交叉谱密度函数（CSD）出发，推导了系统输出响应的方差和均方根值。详细介绍了如何利用蒙特卡洛模拟和频域分析来评估结构的疲劳寿命和安全裕度。此外，系统回顾了系统的实验模态分析（EMA）流程，包括频响函数的采集、峰值拾取法、频域分解法（FDD）等先进的参数识别技术，以及如何利用实验数据校准和修正有限元模型。第六章：转子动力学与轴承效应针对旋转机械，本章专门探讨了转子-轴承-机壳耦合系统的动力学。分析了由于离心力、科里奥利力和不对称转子引起的失衡响应。重点剖析了不同类型轴承（滑动轴承、滚动轴承、磁悬浮轴承）对系统动态特性的影响。特别是，详细研究了滚动轴承的接触非线性和啮合缺陷如何导致周期性冲击和高频振动，这是故障诊断的关键。第三部分：主动与智能振动控制策略本部分聚焦于如何通过集成智能元件和先进控制算法来主动调节系统的动态性能，实现减振、抑振或能量收集。第七章：结构阻尼的增强与被动控制在主动控制成本和复杂性较高时，增强结构自身的耗能能力成为首选。本章全面考察了被动减振技术，包括：增加粘弹性材料层（Tuned Viscoelastic Dampers, TVD）、安装调谐质量阻尼器（TMD）和调谐液体阻尼器（TLD）。详细推导了TMD最优参数（质量比、刚度比、阻尼比）的选择准则，以实现对特定结构模态的有效抑制。同时，讨论了如何设计具有频率依赖性的结构阻尼器。第八章：基于反馈控制的振动抑制本章转向主动控制领域，重点研究如何利用传感器采集信息并驱动作动器（如压电致动器、电磁作动器）来实时抵消外部激励。引入了现代控制理论的基础，包括状态空间表示、可控性和可观测性分析。详细介绍并比较了经典的线性二次调节器（LQR）设计方法和鲁棒控制设计（如$H_{infty}$控制）在处理模型不确定性和外部扰动时的优越性。特别关注于如何处理控制输入和反馈延迟问题。第九章：智能材料与结构集成传感与执行本章探讨了“智能”结构的概念，即将传感、计算和执行功能嵌入到结构本身。重点分析了压电材料（PZT）作为传感器和作动器的本构关系，以及它们如何耦合到弹性基体中（即机电耦合）。讨论了分布式压电元件在模态抑制中的应用，以及如何在结构上集成光纤布拉格光栅（FBG）传感器用于健康监测和实时状态反馈。最后，展望了磁流变（MR）和电活性聚合物（EAP）在下一代主动减振系统中的潜力与挑战。第十章：振动能量收集与自适应结构作为控制的补充，本章探讨了如何将机械振动能转化为可用电能（能量收集）。详细分析了基于压电效应和电磁感应的能量收集器的等效电路模型，并推导了最优负载匹配条件以最大化功率输出。此外，系统讨论了自适应结构的概念，即结构参数（如刚度或阻尼）可以根据环境载荷的变化而自动调整的技术，如利用形状记忆合金（SMA）或形状记忆聚合物（SMP）的相变特性来实现结构特性的动态重构。本书的深度和广度使其成为高级研究和复杂工程问题解决的有力工具，不仅提供了理论基础，更强调了从微观材料行为到宏观系统控制的完整工程链条。

作者简介

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

很奇怪，豆瓣上居然没有对这本书的评论~按说本书的作者王中林先生也算华裔材料物理学家的第一块牌子了。这本书看的人应该挺多的啊。这本书涉及到的内容很多，主要分为两块，一块是材料结构的物理理论和典型的材料结构系统的介绍说明，一块是结构表征的理论，电子晶体学、结构...

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本《Functional and Smart Materials》似乎专注于那些具有独特响应性或可编程特性的新型材料领域。我最近读了一些关于**自修复高分子**和**形状记忆合金**的书籍，它们在工程应用中展现出令人兴奋的前景，尤其是在航空航天和生物医学植入物方面。例如，关于形状记忆聚合物的研究，如何通过热或光刺激使其恢复到预设的形状，这对于制造微型机器人或可穿戴设备具有革命性的意义。我非常期待这本书能深入探讨这些材料的**微观结构**如何决定其宏观的智能行为，比如在不同温度、湿度或电磁场刺激下，其分子链或晶格结构是如何发生可逆变化的。如果书中能详细对比不同**刺激响应机制**（如pH值、离子浓度、溶剂挥发）的优缺点及其在特定环境下的适用性，那就太棒了。特别想知道在新一代的**电活性聚合物**（EAPs）方面，例如介电弹性体或离子聚合物-金属复合材料（IPMCs），它们在驱动效率和长期稳定性上取得了哪些突破。这本书如果能提供一个清晰的材料设计到实际器件制造的流程图，并配以详实的案例分析，无疑会成为领域内的重要参考资料。同时，对于如何利用**计算模拟**（如分子动力学）来预测这些智能材料的性能，并指导实验合成，书中若有精彩论述，更能体现其深度。

评分☆☆☆☆☆

从**电子器件的微型化和柔性化**角度来看，功能材料的进步是决定性的。我尤其关注那些能够支撑**可穿戴电子设备和柔性显示器**的关键组分。如果这本书能深入研究**高导电性、高延展性的金属纳米线网络或导电聚合物**，并分析它们在弯曲、拉伸等应变下的电学性能衰减机制，那就太好了。柔性电子的挑战之一是如何在保持电学性能的同时，确保机械性能的鲁棒性。这通常涉及到对**材料界面粘附力和结构异质性**的精细控制。我希望能看到关于**自组装技术**在制造这些多功能薄膜中的应用，比如如何通过溶剂蒸发或模板辅助的方式，自然形成具有优异取向的纳米结构。此外，对于**柔性传感器**，比如应变或压力传感器，材料的选择直接决定了其灵敏度和工作范围。书中是否涵盖了基于**压电/摩擦纳米发电机（TENGs）**的新型能量采集材料，以及如何通过材料设计来提高能量转换效率和机械稳定性？这方面的材料创新对于实现真正的“万物互联”和自供能柔性电子至关重要。

评分☆☆☆☆☆

对于一个热衷于**环境修复和可持续性技术**的读者来说，我希望《Functional and Smart Materials》能将焦点放在**环境响应性吸附剂和催化剂**上。想象一下，如果有一种材料，能在检测到特定污染物（如重金属离子或有机染料）时，通过结构变化自动改变其吸附/脱附行为，那将是多么高效的净化系统。我特别感兴趣的是**金属有机框架材料（MOFs）**在“智能分离”中的应用，如果能通过外部刺激（如光照或微波）来可控地开关其孔道结构，从而实现高效、低能耗的污染物捕获与释放循环，那将是巨大的突破。书中能否探讨如何通过**表面功能化**来设计具有高度选择性的智能吸附位点？此外，在**光催化降解**领域，如何设计那些在可见光下表现出高活性、且不易失活的半导体纳米材料？这要求对**能带结构和载流子分离效率**有深入的材料科学理解。最终，这些智能材料的设计必须考虑到其**大规模制备的可行性和生命周期结束后的环境影响**，如果书中能提供一些关于绿色合成路线或可回收设计的讨论，那就更符合当代材料科学发展的趋势了。

评分☆☆☆☆☆

我对**生物医学工程**领域中对材料的精准控制需求感到非常着迷。一个好的“智能材料”库应该能提供如何与复杂的生物环境**精准交互**的策略。我期待《Functional and Smart Materials》能够详尽阐述**靶向药物递送系统**中的智能载体，比如那些能响应特定生物标志物（如肿瘤微环境中的低pH值或特定酶）而释放药物的微胶囊或纳米颗粒。这需要对**高分子合成的精细控制**有深刻的理解，以便调控其降解速率和载药量。更进一步，书中是否探讨了**生物活性材料**，比如那些能引导细胞生长方向、促进组织再生的**生物力学敏感支架**？理解这些材料如何通过调节其**刚度、孔隙率和表面化学**来“对话”细胞信号通路，是实现再生医学的关键。例如，通过引入形状记忆或可逆交联特性，使支架在植入后能根据受损组织的形态发生变化。如果书中能提供一些关于**生物相容性测试和体内长期响应**的案例研究，哪怕是早期的概念验证，都会让理论探讨更具说服力。材料的“智能”不仅在于响应外界物理信号，更在于与生命的复杂化学系统进行协调作用。

评分☆☆☆☆☆

我最近沉迷于对**能源存储与转换**材料的探索，特别是那些能够同时具备高效率和环境友好特性的新型系统。如果《Functional and Smart Materials》触及到**固态电解质**的前沿发展，那就太契合我的兴趣点了。我一直在关注那些基于**氧化物或硫化物**的快速离子导体，它们对于下一代高能量密度固态电池至关重要。书中有没有详细分析这些材料在界面阻抗、锂枝晶抑制方面的挑战？此外，关于**热电材料**，那些能够高效捕获废热并将其转化为电能的半导体材料，其核心在于如何设计出同时具有高功率因子和低热导率的结构。我希望看到作者们如何从**材料的电子结构和声子散射机制**角度，阐述如何优化这些性能指标的平衡。如果书中能对比传统的有机/无机热电材料与新兴的**二维材料或拓扑绝缘体**在热电转换效率上的潜力，那将是非常有价值的。另外，对于**光电转换材料**，比如钙钛矿太阳能电池的稳定性问题，如果这本书能从新型功能组分（如界面钝化层材料）的角度提供深入见解，帮助理解这些智能材料如何抵御湿气和光照降解，那这本书的实用价值就会大大提升。这不仅仅是关于材料本身，更是关于如何通过材料设计实现可持续能源解决方案的哲学探讨。

评分☆☆☆☆☆