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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:
400.00千字
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。

  • 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

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