压电与铁电体的断裂力学

第1章 绪论

1.1 压电铁电材料断裂力学的研究背景

1.2 发展简史与趋势

1.3 本书的结构与内容安排

第2章 电介质物理与材料特性

2.1 压铁电材料的一些基本概念

2.2 电介质晶体结构

2.3 电极化特性与压电特性

2.3.1 电极化的微观机制

2.3.2 电极化的物理描述

2.3.3 晶体的介电常数张量与其对称性

2.4 铁电畴变理论

2.4.1 电畴与畴片结构

2.4.2 电畴翻转与畴变准则

第3章 压电、铁电断裂的实验方法与结果

3.1 力电耦合场作用下的实验方法与技术

3.1.1 高压电源

3.1.2 高压绝缘问题

3.1.3 云纹干涉方法

3.1.4 数字散斑相关方法

3.1.5 偏振光显微镜方法

3.1.6 实验装置

3.2 断裂韧性的各向异性

3.3 电场对断裂韧性的影响

3.4 纳米复相铁电材料的断裂

3.5 双层压电陶瓷结构中电极附近变形场测量

3.6 电极端部裂纹类型的实验观测

3.7 离面极化铁电单晶的实验结果和分析

3.7.1 低电场驱动裂尖可恢复的畴变

3.7.2 周期电场驱动的周期畴变

3.7.3 电致裂纹扩展和裂尖电畴演化

3.8 面内极化铁电单晶的实验结果和分析

3.8.1 正电场下试件的响应

3.8.2 低负电场下的裂尖畴变

3.8.3 负电场下裂尖的畴变区

3.8.4 交变电场下裂尖电畴演化

第4章 压电材料的场方程

4.1 基本方程

4.1.1 压电方程

4.1.2 梯度方程和平衡方程

4.2 压电材料电弹常数之间的约束关系

4.3 压电材料的电弹常数

4.4 力电耦合问题的控制微分方程和边界条件

4.4.1 力电耦合问题的控制微分方程

4.4.2 力电耦合问题的边界条件

第5章 压电材料力电耦合问题的一般解

5.1 压电材料力电耦合问题的Stroh型一般解

5.1.1 Stroh型一般解

5.1.2 压电Stroh型解的数学特性和重要关系式

5.2 压电材料力电耦合问题的Lekhniskii型一般解

5.3 横观各向同性压电材料二维问题的一般解

5.3.1 横观各向同性压电材料反平面问题的一般解

5.3.2 横观各向同性压电材料平面问题的一般解——Stroh方法

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

5.4 横观各向同性压电材料三维问题的一般解

第6章 均匀压电材料的断裂力学

6.1 反平面断裂问题

6.2 平面断裂问题

6.3 三维裂纹问题

6.3.1 问题的描述

6.3.2 电弹场的求解

6.4 介电椭圆孔的力电耦合问题

6.4.1 含介电椭圆孔压电材料的反平面问题

6.4.2 含介电椭圆孔压电材料的广义平面问题

6.5 裂纹面电边界条件对裂纹尖端场的影响

第7章 压电材料的界面断裂力学

7.1 均匀力电载荷作用下压电材料的界面裂纹

7.1.1 界面裂纹的尖端场

7.1.2 绝缘界面裂纹的全场解

7.2 材料性能对界面裂纹尖端场的影响

7.3 含界面裂纹压电材料的Green函数

7.3.1 压电材料Green函数概述

7.3.2 反平面界面裂纹的Green函数

第8章 压电材料的动态断裂力学

8.1 裂纹压电体的弹性波散射

8.1.1 压电体中弹性波传播的基本概念

8.1.2 压电体中裂纹对弹性波散射的主要研究工作

8.1.3 压电一弹性层状半空间中界面裂纹对Love波的散射

8.2 压电介质中的运动裂纹

8.2.1 运动界面裂纹的反平面问题

8.2.2 运动裂纹的平面问题

8.3 裂纹压电体对力／电冲击载荷的瞬态响应

8.3.1 力／电冲击载荷作用下裂纹压电体的反平面问题

8.3.2 条形压电介质中Ⅲ一型裂纹的瞬态响应

8.3.3 力／电冲击载荷作用下裂纹压电体的平面问题

8.4 压电材料的动态裂纹扩展

8.4.1 Ⅲ－型导电裂纹的动态扩展

8.4.2 Ⅲ－型介电裂纹的动态扩展

第9章 铁电材料的非线性断裂力学

9.1 非线性断裂力学模型

9.1.1 电致伸缩模型

9.1.2 Dugdale模型

9.2 畴变增韧模型

9.2.1 解耦的各向同性模型

9.2.2 力电耦合的各向异性模型

9.3 非线性COD模型

9.3.1 裂纹张开位移(COD)的定义

9.3.2 压电效应引起的裂纹张开位移

9.3.3 畴变对裂纹张开位移的影响

9.4 力载荷下BaTiO3单晶的裂尖畴变和裂纹扩展的相互作用

9.4.1 实验原理与技术

9.4.2 实验现象

9.4.3 畴变区分析

9.4.4 铁弹畴变增韧

第10章 断裂准则

10.1 应力强度因子准则

10.2 能量释放率准则

10.2.1 总能量释放率准则

10.2.2 机械应变能释放率准则

10.3 能量密度因子准则

10.4 应力强度因子准则的进一步讨论

10.5 COD准则

第11章 电极诱致压电材料的电弹场集中

11.1 表面电极附近的电弹场

11.1.1 条形表面电极附近的电弹场

11.1.2 圆形表面电极附近的电弹场

11.2 界面电极附近的电弹场

……

第12章 电致疲劳断裂

第13章 压电与铁电材料断裂分析的数值方法

附录 压电陶瓷的材料常数

参考文献

《压电与铁电体的断裂力学》是关于压电／铁电吲体断裂力学的专著，从理论分析、数值计算和实验观察三个方面比较全面和系统地阐述了压电／铁电固体的断裂问题，强调静态、动态和界面断裂问题的力学提法以及力电耦合效应所导致的电致断裂的物理本质。《压电与铁电体的断裂力学》的上要特色是：详细描述了压电／铁电材料的基本方程以及与断裂问题相关的一般解．以图的形式提供了大量的数值计算结果和实验结果，用简洁的语言解释了复杂的力电耦合断裂问题。《压电与铁电体的断裂力学》的这些特色使固体力学、材料科学、应用物理和机械工程领域的渎者能够很容易抓住问题的物理本质和把握压电／铁电固体断裂力学的研究现状。