压电与铁电体的断裂力学PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1压电铁电材料断裂力学的研究背景 1

1.2发展简史与趋势 3

1.3本书的结构与内容安排 4

第2章 电介质物理与材料特性 6

2.1压铁电材料的一些基本概念 6

2.2电介质晶体结构 8

2.3电极化特性与压电特性 11

2.3.1电极化的微观机制 11

2.3.2电极化的物理描述 12

2.3.3晶体的介电常数张量与其对称性 14

2.4铁电畴变理论 14

2.4.1电畴与畴片结构 15

2.4.2电畴翻转与畴变准则 19

第3章 压电、铁电断裂的实验方法与结果 24

3.1力电耦合场作用下的实验方法与技术 25

3.1.1高压电源 25

3.1.2高压绝缘问题 26

3.1.3云纹干涉方法 29

3.1.4数字散斑相关方法 31

3.1.5偏振光显微镜方法 32

3.1.6实验装置 32

3.2断裂韧性的各向异性 33

3.3电场对断裂韧性的影响 35

3.4纳米复相铁电材料的断裂 40

3.5双层压电陶瓷结构中电极附近变形场测量 43

3.6电极端部裂纹类型的实验观测 45

3.7离面极化铁电单晶的实验结果和分析 47

3.7.1低电场驱动裂尖可恢复的畴变 48

3.7.2周期电场驱动的周期畴变 50

3.7.3电致裂纹扩展和裂尖电畴演化 51

3.8面内极化铁电单晶的实验结果和分析 53

3.8.1正电场下试件的响应 53

3.8.2低负电场下的裂尖畴变 53

3.8.3负电场下裂尖的畴变区 54

3.8.4交变电场下裂尖电畴演化 56

第4章 压电材料的场方程 59

4.1基本方程 59

4.1.1压电方程 59

4.1.2梯度方程和平衡方程 63

4.2压电材料电弹常数之间的约束关系 64

4.3压电材料的电弹常数 65

4.4力电耦合问题的控制微分方程和边界条件 71

4.4.1力电耦合问题的控制微分方程 71

4.4.2力电耦合问题的边界条件 73

第5章 压电材料力电耦合问题的一般解 74

5.1压电材料力电耦合问题的Stroh型一般解 74

5.1.1 Stroh型一般解 75

5.1.2压电Stroh型解的数学特性和重要关系式 78

5.2压电材料力电耦合问题的Lekhniskii型一般解 82

5.3横观各向同性压电材料二维问题的一般解 87

5.3.1横观各向同性压电材料反平面问题的一般解 87

5.3.2横观各向同性压电材料平面问题的一般解——Stroh方法 87

5.3.3横观各向同性压电材料平面问题的一般解——Lekhniskii方法 90

5.4横观各向同性压电材料三维问题的一般解 92

第6章 均匀压电材料的断裂力学 97

6.1反平面断裂问题 99

6.2平面断裂问题 101

6.3三维裂纹问题 105

6.3.1问题的描述 106

6.3.2电弹场的求解 108

6.4介电椭圆孔的力电耦合问题 111

6.4.1含介电椭圆孔压电材料的反平面问题 111

6.4.2含介电椭圆孔压电材料的广义平面问题 116

6.5裂纹面电边界条件对裂纹尖端场的影响 124

第7章 压电材料的界面断裂力学 125

7.1均匀力电载荷作用下压电材料的界面裂纹 126

7.1.1界面裂纹的尖端场 126

7.1.2绝缘界面裂纹的全场解 129

7.2材料性能对界面裂纹尖端场的影响 132

7.3含界面裂纹压电材料的Green函数 133

7.3.1压电材料Green函数概述 133

7.3.2反平面界面裂纹的Green函数 135

第8章 压电材料的动态断裂力学 139

8.1裂纹压电体的弹性波散射 140

8.1.1压电体中弹性波传播的基本概念 140

8.1.2压电体中裂纹对弹性波散射的主要研究工作 143

8.1.3压电-弹性层状半空间中界面裂纹对 Love波的散射 144

8.2压电介质中的运动裂纹 150

8.2.1运动界面裂纹的反平面问题 151

8.2.2运动裂纹的平面问题 155

8.3裂纹压电体对力／电冲击载荷的瞬态响应 161

8.3.1力／电冲击载荷作用下裂纹压电体的反平面问题 162

8.3.2条形压电介质中Ⅲ-型裂纹的瞬态响应 165

8.3.3力／电冲击载荷作用下裂纹压电体的平面问题 167

8.4压电材料的动态裂纹扩展 171

8.4.1Ⅲ-型导电裂纹的动态扩展 172

8.4.2 Ⅲ-型介电裂纹的动态扩展 177

第9章 铁电材料的非线性断裂力学 181

9.1非线性断裂力学模型 182

9.1.1电致伸缩模型 182

9.1.2 Dugdale模型 188

9.2畴变增韧模型 192

9.2.1解耦的各向同性模型 193

9.2.2力电耦合的各向异性模型 195

9.3非线性COD模型 204

9.3.1裂纹张开位移（COD）的定义 205

9.3.2压电效应引起的裂纹张开位移?0 206

9.3.3畴变对裂纹张开位移的影响△δ 207

9.4力载荷下BaTiO3单晶的裂尖畴变和裂纹扩展的相互作用 212

9.4.1实验原理与技术 213

9.4.2实验现象 214

9.4.3畴变区分析 216

9.4.4铁弹畴变增韧 222

第10章 断裂准则 227

10.1应力强度因子准则 227

10.2能量释放率准则 228

10.2.1总能量释放率准则 228

10.2.2机械应变能释放率准则 230

10.3能量密度因子准则 234

10.4应力强度因子准则的进一步讨论 237

10.5 COD准则 240

第11章 电极诱致压电材料的电弹场集中 243

11.1表面电极附近的电弹场 244

11.1.1条形表面电极附近的电弹场 244

11.1.2圆形表面电极附近的电弹场 251

11.2界面电极附近的电弹场 257

11.2.1各向异性压电双材料界面电极问题的一般解 258

11.2.2横观各向同性压电双材料界面电极附近的电弹场 260

11.3压电陶瓷-电极叠层结构的电弹场 262

11.3.1叠层结构模型、实验装置和有限元计算模型 262

11.3.2数值计算和实验测量结果 263

第12章 电致疲劳断裂 268

12.1实验观察与结果 269

12.1.1 Cao和Evans（1994）的电致疲劳实验 269

12.1.2含有贯穿裂纹的试件的电致疲劳实验 270

12.2唯象模型 279

12.2.1模型一 279

12.2.2模型二 282

12.3畴变模型 283

12.3.1裂尖断裂强度因子的方法研究电致疲劳 283

12.3.2裂纹张开位移（COD）的方法研究电致疲劳 290

第13章 压电与铁电材料断裂分析的数值方法 296

13.1广义变分原理 298

13.1.1线弹性力学的广义变分原理 298

13.1.2力电耦合问题的变分原理 299

13.2压电材料断裂的有限元方法 301

13.2.1压电断裂有限元基本格式 301

13.2.2算例：无限大压电基体内圆孔周围的力电场 304

13.2.3算例：压电材料双边缺口模型 305

13.3压电材料断裂的无网格方法 307

13.3.1力电耦合的无网格法基本格式 308

13.3.2力电耦合无网格法的若干问题 309

13.3.3数值算例 313

13.4铁电材料断裂的非线性有限元分析 313

13.4.1给定电畴分布求场量 313

13.4.2由场量来确定新的电畴分布以及有限元迭代过程 319

13.4.3算例：含绝缘圆孔铁电晶体加竖直电场 321

13.4.4算例：含绝缘裂纹铁电晶体加垂直于裂纹面方向的电场（E=0.72Ec） 323

附录 压电陶瓷的材料常数 326

参考文献 327