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智能材料与结构


作者:
冷劲松、刘彦菊
定价:
58.00 元
版面字数:
400千字
开本:
16开
装帧形式:
精装
版次:
1
最新版次
印刷时间:
2026年
ISBN:
978-7-04-064102-8
物料号:
64102-00
出版时间:
2026-07-02
读者对象:
高等教育
一级分类:
材料类
二级分类:
材料类专业课
三级分类:
材料制备科学与技术

本书是力学领域“101计划”核心教材及工业和信息化部“十四五”规划教材之一。本书以智能材料为研究对象,以形状记忆聚合物及其复合材料的力学行为及工程应用为主线,从智能材料的类别出发,主要介绍了压电材料、介电弹性材料、形状记忆材料的基本原理、力学行为和结构设计,同时兼顾了智能材料与复合材料之间的匹配技术,展示了智能材料与结构的工程应用。

本书可作为高等学校智能材料与结构新工科专业的理论和实验教材,也可作为力学类、材料类相关专业本科生、研究生及研究人员的教材和学习资料。

  • 目录
    • 前辅文
      • 第1章 压电材料
        • 1.1 概述
          • 1.2 压电原理
            • 1.2.1 晶体材料压电特性的一般机理
              • 1.2.2 极化
                • 1.2.3 工作模式
                  • 1.2.4 压电材料的性能指标
                  • 1.3 常见压电材料
                    • 1.3.1 压电陶瓷材料
                      • 1.3.2 压电聚合物材料
                        • 1.3.3 压电复合材料
                        • 1.4 压电本构模型
                          • 1.4.1 压电方程
                            • 1.4.2 基于压电方程的器件设计
                            • 1.5 压电材料应用
                              • 1.5.1 压电传感器
                                • 1.5.2 压电执行器
                                  • 1.5.3 压电谐振器
                                    • 1.5.4 压电声波器件
                                    • 1.6 前景与展望
                                      • 习题
                                      • 第2章 介电弹性体电活性聚合物
                                        • 2.1 概述
                                          • 2.2 介电弹性体简介
                                            • 2.2.1 驱动器工作原理
                                              • 2.2.2 能量收集器工作原理
                                                • 2.2.3 传感器工作原理
                                                • 2.3 介电弹性体的基本理论框架
                                                  • 2.3.1 平衡热力学理论框架
                                                    • 2.3.2 非平衡热力学理论框架
                                                      • 2.3.3 描述介电弹性体行为的力学模型
                                                        • 2.3.4 介电弹性体的失稳分析
                                                          • 2.3.5 失效模式和许用区域
                                                          • 2.4 介电弹性体复合材料
                                                            • 2.4.1 丙烯酸系介电弹性体及其复合材料
                                                              • 2.4.2 聚氨酯系介电弹性体及其复合材料
                                                                • 2.4.3 硅橡胶系介电弹性体及其复合材料
                                                                • 2.5 介电弹性体的典型应用
                                                                  • 习题
                                                                  • 第3章 形状记忆聚合物及其复合材料
                                                                    • 3.1 概述
                                                                      • 3.1.1 形状记忆聚合物的定义
                                                                        • 3.1.2 形状记忆聚合物的分类
                                                                          • 3.1.3 形状记忆聚合物的形状记忆效应
                                                                            • 3.1.4 形状记忆聚合物的应用
                                                                            • 3.2 典型形状记忆聚合物的合成
                                                                              • 3.2.1 环氧基形状记忆聚合物
                                                                                • 3.2.2 氰酸酯基形状记忆聚合物
                                                                                  • 3.2.3 聚酰亚胺基形状记忆聚合物
                                                                                    • 3.2.4 苯乙烯基形状记忆聚合物
                                                                                    • 3.3 形状记忆聚合物复合材料制备
                                                                                      • 3.3.1 热驱动形状记忆聚合物复合材料
                                                                                        • 3.3.2 电(磁)驱动形状记忆聚合物复合材料
                                                                                          • 3.3.3 溶液驱动形状记忆聚合物复合材料
                                                                                            • 3.3.4 光驱动形状记忆聚合物复合材料
                                                                                            • 3.4 形状记忆聚合物复合材料性能评价
                                                                                              • 3.4.1 纳米压痕实验
                                                                                                • 3.4.2 形状记忆聚合物动态力学分析
                                                                                                  • 3.4.3 形状记忆复合材料静态力学实验
                                                                                                    • 3.4.4 示差扫描量热分析
                                                                                                      • 3.4.5 热失重分析与稳定性
                                                                                                        • 3.4.6 形状记忆性能测试
                                                                                                        • 3.5 前景与展望
                                                                                                          • 习题
                                                                                                          • 第4章 形状记忆聚合物及其复合材料的力学行为
                                                                                                            • 4.1 概述
                                                                                                              • 4.2 形状记忆聚合物的热力学性能
                                                                                                                • 4.2.1 形状记忆聚合物的黏弹性
                                                                                                                  • 4.2.2 形状记忆聚合物的黏弹性模型
                                                                                                                    • 4.2.3 形状记忆聚合物的相变理论模型
                                                                                                                    • 4.3 纤维增强形状记忆复合材料的热力学本构
                                                                                                                      • 4.3.1 形状记忆聚合物复合材料变温黏弹性的均匀化理论
                                                                                                                        • 4.3.2 形状记忆聚合物复合材料的等效性能
                                                                                                                          • 4.3.3 温度对形状记忆聚合物复合材料的影响
                                                                                                                            • 4.3.4 纤维增强复合材料均匀化理论的有限单元实现
                                                                                                                            • 4.4 纤维增强形状记忆聚合物复合材料的弯曲力学
                                                                                                                              • 4.4.1 弯曲过程中的三维变形行为
                                                                                                                                • 4.4.2 弯曲过程体系应变能
                                                                                                                                  • 4.4.3 弯曲过程的关键参数分析
                                                                                                                                    • 4.4.4 弯曲过程的临界损伤分析
                                                                                                                                    • 习题
                                                                                                                                    • 第5章 4D打印可重构力学超材料
                                                                                                                                      • 5.1 概述
                                                                                                                                        • 5.2 4D打印拉胀力学超材料设计及制备
                                                                                                                                          • 5.2.1 拉胀力学超材料设计
                                                                                                                                            • 5.2.2 4D打印拉胀超材料的制备
                                                                                                                                              • 5.2.3 光固化PLA-SMP的力学性能表征
                                                                                                                                              • 5.3 4D打印拉胀力学超材料力学性能分析
                                                                                                                                                • 5.3.1 非线性变形的实验与模拟
                                                                                                                                                  • 5.3.2 应力-应变曲线及泊松比
                                                                                                                                                    • 5.3.3 形状记忆与力学性能的可重构
                                                                                                                                                    • 5.4 4D打印可重构拉胀力学超材料应用演示
                                                                                                                                                      • 5.4.1 仿生材料
                                                                                                                                                        • 5.4.2 可重构LED装置
                                                                                                                                                        • 5.5 4D打印像素力学超材料设计及制备
                                                                                                                                                          • 5.5.1 横向约束对拉扭效应的影响
                                                                                                                                                            • 5.5.2 具有拉扭耦合变形的力学像素结构设计
                                                                                                                                                              • 5.5.3 像素力学超材料集成
                                                                                                                                                              • 5.6 力学像素的力学行为表征
                                                                                                                                                                • 5.6.1 非线性应力-应变行为
                                                                                                                                                                  • 5.6.2 非线性拉扭耦合变形行为
                                                                                                                                                                    • 5.6.3 力学像素的可重构特性
                                                                                                                                                                      • 5.6.4 像素力学超材料功能验证
                                                                                                                                                                      • 5.7 可重构像素力学超材料应用演示验证
                                                                                                                                                                        • 5.7.1 可重构保护装置保护原理
                                                                                                                                                                          • 5.7.2 可重构保护装置性能表征
                                                                                                                                                                          • 习题
                                                                                                                                                                          • 第6章 4D打印纤维增强形状记忆聚合物复合材料
                                                                                                                                                                            • 6.1 概述
                                                                                                                                                                              • 6.1.1 纤维增强SMPC的定义
                                                                                                                                                                                • 6.1.2 纤维增强SMPC的分类
                                                                                                                                                                                  • 6.1.3 纤维增强SMPC的4D打印糎T〗
                                                                                                                                                                                    • 6.1.4 4D打印连续纤维增强SMPC的应用前景
                                                                                                                                                                                    • 6.2 4D打印复合材料的制备工艺与性能表征方法
                                                                                                                                                                                      • 6.2.1 纤维增强复合材料4D打印工艺
                                                                                                                                                                                        • 6.2.2 力学及形状记忆性能表征方法
                                                                                                                                                                                          • 6.2.3 典型案例分析
                                                                                                                                                                                          • 6.3 4D打印纤维增强SMPC蜂窝结构设计及力学行为分析
                                                                                                                                                                                            • 6.3.1 连续纤维增强SMPC蜂窝结构的设计
                                                                                                                                                                                              • 6.3.2 复合材料蜂窝结构的力学性能分析
                                                                                                                                                                                                • 6.3.3 典型案例分析
                                                                                                                                                                                                • 6.4 前景与展望
                                                                                                                                                                                                  • 习题
                                                                                                                                                                                                  • 第7章 4D打印技术的生物功能验证
                                                                                                                                                                                                    • 7.1 4D打印心脏封堵器
                                                                                                                                                                                                      • 7.1.1 4D打印房间隔缺损封堵器的结构设计及性能研究
                                                                                                                                                                                                        • 7.1.2 力学性能可定制LAA封堵器的结构设计及性能研究
                                                                                                                                                                                                          • 7.1.3 显影VSD封堵器的结构设计及性能研究
                                                                                                                                                                                                          • 7.2 4D打印个性化肠道支架
                                                                                                                                                                                                            • 7.3 4D打印气管支架
                                                                                                                                                                                                              • 习题
                                                                                                                                                                                                              • 第8章 形状记忆空间可展开结构的设计及典型应用
                                                                                                                                                                                                                • 8.1 概述
                                                                                                                                                                                                                  • 8.2 形状记忆空间可展开铰链的设计与工程应用
                                                                                                                                                                                                                    • 8.2.1 形状记忆聚合物复合材料片层的设计
                                                                                                                                                                                                                      • 8.2.2 形状记忆聚合物复合材料铰链的设计
                                                                                                                                                                                                                        • 8.2.3 形状记忆聚合物复合材料铰链的制备及性能测试
                                                                                                                                                                                                                          • 8.2.4 形状记忆聚合物复合材料铰链的典型应用
                                                                                                                                                                                                                          • 8.3 基于形状记忆材料的卷绕式空间可展开杆的设计与典型应用
                                                                                                                                                                                                                            • 8.3.1 基于形状记忆材料的卷绕式空间可展开杆的设计
                                                                                                                                                                                                                              • 8.3.2 形状记忆聚合物复合材料豆荚杆的制备及性能测试
                                                                                                                                                                                                                                • 8.3.3 基于形状记忆材料的卷绕式空间可展开杆的典型应用
                                                                                                                                                                                                                                • 8.4 空间锁紧释放机构
                                                                                                                                                                                                                                  • 8.4.1 卷绕式锁紧释放机构
                                                                                                                                                                                                                                    • 8.4.2 Ω形形状记忆聚合物复合材料拔销器
                                                                                                                                                                                                                                    • 8.5 前景与展望
                                                                                                                                                                                                                                      • 习题
                                                                                                                                                                                                                                      • 第9章 智能复合材料在航空领域的应用
                                                                                                                                                                                                                                        • 9.1 概述
                                                                                                                                                                                                                                          • 9.2 智能复合材料蒙皮
                                                                                                                                                                                                                                            • 9.3 自适应变形结构
                                                                                                                                                                                                                                              • 9.3.1 弯曲型零泊松比蜂窝
                                                                                                                                                                                                                                                • 9.3.2 四角星形零泊松比蜂窝
                                                                                                                                                                                                                                                • 9.4 前景与展望
                                                                                                                                                                                                                                                  • 习题
                                                                                                                                                                                                                                                  • 第10章 仿生设计方法及应用
                                                                                                                                                                                                                                                    • 10.1 概述
                                                                                                                                                                                                                                                      • 10.1.1 仿生学定义
                                                                                                                                                                                                                                                        • 10.1.2 仿生学基本原则
                                                                                                                                                                                                                                                          • 10.1.3 仿生学研究过程
                                                                                                                                                                                                                                                            • 10.1.4 仿生学分类
                                                                                                                                                                                                                                                              • 10.1.5 仿生学基本要素
                                                                                                                                                                                                                                                              • 10.2 仿生研究方法与技术
                                                                                                                                                                                                                                                                • 10.2.1 仿生研究方法
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 10.2.2 仿生设计、制造及评估技术
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 10.3 仿生应用领域
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 10.3.1 仿生材料
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 10.3.2 仿生结构
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 10.3.3 仿生智能系统
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 习题
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 参考文献

                                                                                                                                                                                                                                                                        相关图书