Smart Structures And Materials 2004 Active Materials pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Society of Photo Optical

作者:Lagoudas, Dimitris C. (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:160

装帧:Pap

isbn号码:9780819453044

丛书系列:

图书标签:

Smart Materials
Active Materials
Structures
Sensors
Actuators
NDT
Vibration Control
Composites
Piezoelectric Materials
MEMS

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具体描述

智能结构与材料 2004：前沿动态与跨学科展望图书名称： Smart Structures and Materials 2004: Active Materials 核心主题：本书汇集了 2004 年在主动材料（Active Materials）领域取得的最新研究成果与技术突破，重点关注材料科学、机械工程、电子工程以及应用物理学之间的交叉融合。它不仅仅是对既有知识的总结，更是一份面向未来的技术蓝图，深刻揭示了如何利用材料自身的内在响应性来设计、制造和控制具有智能行为的结构和系统。 --- 第一部分：压电与电活性聚合物：驱动与传感的基石本部分深入探讨了当前最成熟且应用潜力最大的两类主动材料——压电材料和电活性聚合物（EAPs）的最新发展。 1. 先进压电陶瓷的微结构控制与性能优化：本章详细分析了新一代 PZT（锆钛酸铅）改性材料在提高机电耦合系数（$k$ 值）方面的进展。研究聚焦于通过掺杂、退火工艺控制晶界（Grain Boundaries）的结构，以抑制高频下的机械损耗，同时提升在高应力环境下的稳定性和抗疲劳性能。特别关注了薄膜压电器件的沉积技术，如脉冲激光沉积（PLD）和磁控溅射，这些技术对于微机电系统（MEMS）中的高精度致动器设计至关重要。讨论延伸至无铅压电替代品的研究，如 KNN（钾钠铌酸盐）体系，重点分析了其固有的温度敏感性问题以及通过碱金属离子的局域取代进行弛豫铁电性调控的最新策略。 2. 电活性聚合物 (EAPs)：仿生驱动的新范式： EAPs 因其大应变能力和轻量化特性，被视为驱动领域的一场革命。本章细致考察了介电弹性体执行器（Dielectric Elastomer Actuators, DEAs）的设计优化。内容涵盖了提高介电常数和击穿电压的复合材料策略，例如在弹性体基质中引入高导电性纳米填料（如碳纳米管或石墨烯片层）以增强电荷存储能力，从而实现更高的驱动压力。此外，对离子型 EAPs（如离子聚合物-金属复合材料, IPMCs）的最新进展进行了分析，特别是它们在水基环境下的驱动效率提升和寿命延长方面的挑战与对策。这些材料在软体机器人和人造肌肉领域的应用前景被着重探讨。 --- 第二部分：磁响应材料与热驱动系统：功能集成的新思路本部分聚焦于对外部磁场和温度变化作出响应的智能材料系统，这些系统在无接触控制和能量采集方面展现出独特优势。 3. 磁流变与磁致伸缩材料的界面效应：磁致伸缩材料（如 Terfenol-D）的效率提升是本章的核心。研究深入到磁场梯度对磁畴排列的影响，重点分析了如何通过预应力（Pre-stressing）来打开材料的“磁致伸缩窗口”，从而在较低的磁场下实现最大应变输出。此外，磁流变液（MR Fluids）的流变学特性在电磁阀和半主动减振器中的动态响应模型被重新审视，探讨了剪切速率与磁场强度之间的非线性关系及其在快速响应系统中的应用。 4. 形状记忆合金 (SMAs) 的热力学建模与疲劳分析：形状记忆合金（如 NiTi）的应用正从简单的双稳态转换向多功能集成发展。本章提供了更精细的热力学本构模型，该模型考虑了相变过程中伴随的应变梯度和热梯度对马氏体/奥氏体相变温度的影响。针对 SMA 执行器的长期可靠性问题，专门设立了一节讨论了循环加载下的疲劳机制，特别是应变诱导的微裂纹萌生与扩展路径分析，以及如何通过热处理来优化其残余应力状态以增强疲劳寿命。 --- 第三部分：智能结构与系统集成：从材料到功能实现本部分将前述的单体材料性能提升，扩展到集成到宏观结构中，实现复杂的传感、控制和自我修复功能。 5. 分布式传感网络与结构健康监测 (SHM)：主动材料在 SHM 中的应用是智能结构的关键。本章探讨了如何利用压电纤维或光纤布拉格光栅（FBG）与结构本体材料进行共生成（Co-Curing）或粘贴集成，以实现对应力、振动和裂纹扩展的实时、分布式监测。内容包括了数据采集的低功耗设计，以及如何利用小波分析和模式识别技术从复杂的电信号中准确分离出结构损伤特征的算法优化。 6. 自适应阻尼与主动振动控制：利用主动材料的能量耗散能力来控制结构振动是本领域的热点。本节详细介绍了几种集成主动阻尼器的设计方案，包括基于 EAP 驱动的调谐质量阻尼器（TMD）和基于 MR 技术的半主动悬挂系统。重点分析了如何构建一个高效的反馈控制回路，该回路需要毫秒级的响应时间来根据实时输入的结构振动数据，调整材料的激励电压或磁场强度，从而达到最佳的振动抑制效果。 7. 自我修复材料的界面化学与驱动机制：自我修复（Self-Healing）是智能材料的终极目标之一。本部分关注于通过微胶囊技术或血管化网络结构来封装修复剂（如环氧树脂或硅酮）。研究的重点在于触发机制——如何利用材料对外部刺激（如温度变化或裂纹扩展时释放的应力）的敏感性，精确地在损伤点引发修复剂的释放和聚合。同时，也分析了修复后界面处的机械性能恢复程度和长期界面粘接强度问题。 --- 第四部分：计算模型与新兴技术展望本部分提供了理论分析的工具箱，并展望了下一代主动材料系统的发展方向。 8. 多物理场耦合的本构理论与有限元方法 (FEM)：要精确模拟智能结构的行为，必须解决电-力-热-磁等多物理场的耦合问题。本章提供了用于描述铁电体、磁致伸缩体和 EAP 响应的连续介质力学框架，特别是涉及到非线性本构关系和滞后效应（Hysteresis）的处理方法。讨论了如何将这些复杂的本构模型有效地嵌入到商业有限元软件包中，以进行结构寿命预测和性能优化。 9. 柔性电子与未来能源采集：本书的收尾部分着眼于将智能材料与柔性电子技术相结合，以开发可穿戴的传感系统和能量采集装置。重点研究了基于摩擦纳米发电机（TENGs）和压电纳米发电机（PENGs）的能量转换效率，以及如何将这些微小能源集成到主动结构中，实现系统自供电运行，从而摆脱对外部电源的依赖，推动智能结构向真正自主化方向发展。 --- 结论：《智能结构与材料 2004：主动材料》全面展示了该领域在二十一世纪初期的研究广度和深度，为材料科学家、结构工程师和系统集成专家提供了一个宝贵的参考平台，旨在激发更多跨学科合作，将实验室的突破性发现转化为实用、高效的工程解决方案。