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机电耦合系统和压电系统动力学 [(比)波蒙 著] 2014年

                                                            内容简介 
 
       哈密顿原理是动力学理论中的一个普遍而基本的定律。本书基于该理论给出对机电耦合系统和压电系统动力学的分析理论与分析方法。主要持点一是由浅入深、由表及里地介绍了机电耦合系统的分析原理;另一个特点是理论经典、内容新颖,包含了相关研究领域的许多前沿热点问题。在内容组织上,本书首先将哈密顿原理应用于电学系统,然后进一步推广至机电耦合系统,在此基础上引入压电材料结构在振动控制中的最新研究进展并对其进行耦合动力学分析,介绍了包括基于压电分支电路的被动阻尼减振技术、负电容的概念、自感知作动器原理等。这样循序渐进的安排使得新进入基于压电材料进行振动控制领域的研究人员,特别是高校的研究生很容易上路
       本书可供航空航天工程、船舶工程、汽车工程、土木工程、机械工程等领域从事振动主被动控制的研究生、工程设计人员及科技工作者学习与参考。

                                                               前  言
 
       我的前一部有关结构振动主动控制的著作 Vibration Control of Active Struc-lures,是为在结构动力学与自动控制领域之间搭建一座跨越鸿沟的桥梁而作。在该书中,为了强调控制与结构之间的相互作用,经常采用专门针对特定问题而建立的、具有直观性的模型,而缺少对于能量传导与转换机理方面准确且深入的论述一一这对主动结构来说是非常重要和基础的。本书的最初写作目的是通过对于该主题的一种更为严谨的论述,对前一部书进行更新,纠正偏颇。然而,随着工作的展开,该主题所涉及的内容越来越广,本身已经可以构成一部专著了
       基于哈密顿一拉格朗日方程,本书试图给出一种用于分析机电耦合系统和压电系统的统一方法。关于能量传导机理以及机电耦合系统的哈密顿原理,在一些专著中已有论述(如 Crandall等人编著的 Dynamics of Mechanical and Electromechanical Systems,1968);然而就作者所知,目前还没有一本系统论述压电系统动力学的专著。
       本书的前三章,分别给出了机械系统、电路系统和机电系统的动力学分析方法并将哈密顿原理以两种等价的表述推广至机电耦合系统。除少数几个示例外,这部分的理论均源于已有的文献。后三章论及压电系统:第4章分析了离散的压电换能器以及具有压电换能器的结构,所采用的方法类似于前述章节,需要恰当地给出系统能量和余能函数;第5章对连续系统进行了分析,主要针对压电梁和压电层合板,重点在于压电层与基体结构的相互作用(压电载荷、模态滤波等);第6章从主动、被动阻尼的视角考察了能量的转换,以一种统一的方法比较了各种主动、被动振动抑制效果,还探讨了使能量转换最大化的途径。
       本书意在为希望获得机电耦合系统或压电换能器相关知识、并更好地理解机械响应与电学边界条件之间微妙关系的机械工程师(研究人员及研究生)提供相关知识。写作本书的动力是约瑟夫・享利教授(Prof. Joseph Henry)曾经给贝尔(Alex-ander Graham Bell)的那句著名的建议一一后者在1875年就其电话实验中出现的问题咨询享利教授,并感叹缺乏电学知识难以解决机械设计过程中的问题时,亨利简单地答复道“那就去学吧!”。哈密顿一拉格朗日方程的魅力就是:一旦采用了恰当的能量与余能函数,所有的电磁力(电场、洛伦兹力…)及多物理场本构方程中的问题都可以迎刃而解了。
致谢
       首先,我要感谢我现在和过去的研究生以及合作者,感谢他们的热情和好奇,他们提出的许多问题对本书具有指导意义。特别要感谢的是 Amit Kalyani、 Bruno deMarneffe,还有 Avraam和 Arnaud Deraemaeker,他们帮助我准备手稿、绘制了大部分插图; Series编辑和 Gladwell a教授以及我的朋友 Geradin,他们对修改这本书提出了有用的建议。我还要感谢ESA/ ESTEC,EU,FNRS和SSTC的IUAP项目对于比利时自由大学主动结构实验室提供的慷慨资助。这本书的一部分写于法国贡比涅科技大学(罗伯瓦尔实验室),当时我正在那里做客座教授。
符号约定
       在写一本书的时候,总会出现一些符号的问题,特别是当人们想阐述多个学科主题时,这些问题就更为突出,因为它要涉及多个长期没有关联但各自有一套完善的符号系统的领域。本书也不例外,因为机电一体化系统这个主题涉及分析力学、结构力学、电路、电磁学、压电和自动控制等多个领域。
       本书的符号遵循以下规则:(1)我们尽量使用《IEEE压电标准》( IEEE Standard on Piezoelectricity)。(2)当出现一些歧义时,我们会明确标出标量、向量和矩阵之间的区别;在文中也会解释它们的意义。在一些地方,向量会标注为{(如{T代表应力向量,而T,代表应力张量)。(3)偏微分会用x,或者用下标,标注的选择尽量与经典教材一致。同样,本书将采用重复下标表示求和的约定(爱因斯坦求和约定),尽管有时在上下文并未提到这一点。

机电耦合系统和压电系统动力学 [(比)波蒙 著] 2014年
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