基于晶體變形的三維壓電效應研究屬晶體物理學、電介質物理學、靜電學、彈性力學和實驗力學等多學科交叉研究的前沿課題，它將壓電效應從二維發展到三維，從線性極化發展到非線性極化，束縛電荷從單電極提取發展到多電極復合提取，從而在一定程度上發展了壓電學科的理論體系。
本書集作者近10年對基于晶體變形的壓電效應研究而成，詳細介紹基于晶體變形的壓電效應研究歷史和意義、石英晶片拉壓效應、石英晶片彎曲效應、石英晶片扭轉效應的理論計算、電極布置、實驗結果以及在傳感器上應用、壓電傳感器的靜態標定裝置、標定方法以及動態標定理論等內容。
本書可作為機械設計制造及其自動化、機械電子工程、檢測及控制等相關專業高年級本科生、研究生的教材，還可以作為壓電研究人員和工程人員的參考用書。
高長銀，鄭州航空工業管理學院，飛行器動力工程教研室主任，教授，畢業于大連理工大學機械工程學院機械制造及其自動化專業，獲博士學位。從事機械檢測和控制技術、傳感器與執行器技術、機械設計與制造技術等領域的教學與科研工作。近年來，主持和參與完成了包括國家自然科學基金、航空科學基金、河南省自然科學基金、河南省科技攻關計劃等科研課題10項（其中7項通過河南省科技廳組織的技術鑒定），獲河南省教育廳科技成果一等獎1項；申請專利4項，獲國家授權發明專利1項；出版學術著作50部，發表學術論文50余篇。
長期從事AuotoCAD，UG，ANSYS軟件的官方培訓，精通掌握多個CAD/CAM流行軟件（AutoCAD，Pro/E， UG，SolidWorks，ANSYS，Mastercam）的使用和高級應用設計技能，從事過各類產品的三維造型、模具以及數控加工設計，具有扎實的設計經驗，實踐經驗豐富。
所獲獎勵：2004年遼寧省科技進步一等獎
第1章緒論 / 001
1.1壓電效應簡介002
1.2基于晶體變形效應研究簡介011
1.2.1壓電拉壓效應研究011
1.2.2壓電彎曲效應研究013
1.2.3壓電扭轉效應研究015
第2章壓電效應晶體物理學基礎 / 019
2.1晶體結構與對稱性020
2.1.1晶體及其點陣結構020
2.1.2晶體對稱性及對稱元素023
2.1.3晶體的分類025
2.2晶體宏觀物理性質與晶體對稱性027
2.2.1晶體的宏觀物理性質027
2.2.2用張量描述宏觀物理性質028
2.2.3晶體對稱性對晶體宏觀物理性質的影響029
2.3傳感器與執行器的物質效應模型031
2.3.1六種能量間的物質效應模型031
2.3.2三種能量間物質效應G.Heckmann模型036
第3章壓電效應力學基礎 / 041
3.1彈性力學基本方程042
3.1.1應力狀態理論042
3.1.2應變狀態理論044
3.1.3本構關系046
3.1.4靜力學唯一性定理(Kirchhoff-Neumann唯一性定理)048
3.2平面問題基本方程049
3.2.1平面應變問題049
3.2.2平面應力問題052
3.3彈性力學扭轉理論053
3.3.1扭轉問題基本方程054
3.3.2扭轉問題邊界條件057
3.3.3扭轉問題解法060
3.4彈性力學彎曲理論061
3.4.1純彎曲問題基本方程061
3.4.2懸臂梁彎曲問題基本方程064
3.4.3簡支梁彎曲問題基本方程065
第4章壓電效應電學基礎 / 067
4.1自由空間的電磁場定律068
4.1.1自由空間的積分電磁場定律068
4.1.2自由空間的微分電磁場定律069
4.1.3場定律整體含義070
4.1.4電磁場邊界條件070
4.2靜電場的標量位071
4.2.1靜電場標量位的引入072
4.2.2標量位的微分方程072
4.3有物質存在時宏觀場定律073
4.3.1極化強度的概念073
4.3.2極化電荷密度074
4.4各向異性介質宏觀場定律075
4.4.1各向異性電介質的一般特性075
4.4.2各向異性介質麥克斯韋方程組076
4.4.3各向異性介質中標勢滿足的方程077
4.4.4各向異性介質中標勢所滿足的邊界條件078
第5章石英晶體壓電效應機理 / 081
5.1石英晶體結構和性能082
5.1.1石英物理與力學性能082
5.1.2石英晶體結構082
5.2石英晶體的壓電機理084
5.2.1壓電效應的電偶極子機理084
5.2.2石英壓電效應機理087
5.2.3壓電效應類型089
5.3石英晶體的壓電效應表達式建立和物理意義090
5.3.1基于應力的壓電效應及其壓電效應表達式的建立090
5.3.2壓電效應表達式的意義093
第6章石英晶片拉壓效應研究 / 095
6.1石英晶片拉壓效應數值計算096
6.1.1拉壓應力計算096
6.1.2束縛電荷計算097
6.1.3束縛電場仿真097
6.2石英晶片拉壓效應的實驗測定099
6.2.1拉壓晶組組成099
6.2.2實驗裝置100
6.2.3實驗結果100
6.3基于拉壓效應的力學量傳感器研發101
6.3.1單向壓電石英力傳感器101
6.3.2壓電式壓力傳感器102
6.3.3壓電式加速度傳感器102
第7章石英晶片彎曲效應研究 / 105
7.1石英晶片懸臂梁彎曲效應數值計算106
7.1.1彎曲應力計算106
7.1.2束縛電荷計算108
7.1.3彎曲效應測量晶組組成109
7.2基于彎曲效應的懸臂梁測力傳感器研發112
7.2.1懸臂梁測力傳感器結構112
7.2.2懸臂梁傳感器實驗測定112
第8章石英晶片扭轉效應研究 / 115
8.1石英晶片扭轉效應數值計算116
8.1.1扭轉應力計算116
8.1.2束縛電荷密度計算120
8.1.3檢測電極布置122
8.2基于扭轉效應的三向壓電鉆削測力儀研發123
8.2.1石英測量晶組方案選擇123
8.2.2三向壓電鉆削測力儀殼體設計125
8.2.3三向壓電鉆削測力儀的橫向干擾126
8.2.4三向壓電鉆削測力儀的預緊力與量程計算129
8.2.5三向壓電鉆削測力儀靈敏度的計算131
8.3基于扭轉效應的三向壓電鉆削測力儀標定133
8.3.1三向壓電鉆削測力儀的靜態標定133
8.3.2向間干擾135
8.3.3動態標定140
第9章壓電傳感器靜態和動態標定 / 143
9.1壓電傳感器靜態標定144
9.1.1靜態誤差的定義方法144
9.1.2采用“逐級加、卸載法”進行靜態標定的方法與步驟146
9.1.3石英晶體力傳感器技術性能指標147
9.2多功能壓電測力儀靜態標定臺148
9.2.1多功能壓電測力儀靜態標定臺原理與結構148
9.2.2滑動螺旋傳動設計計算152
9.2.3精度與剛度154
9.3壓電石英測力儀動態響應分析156
9.3.1測力儀的頻率響應156
9.3.2動態誤差與工作頻帶159
附錄 / 163
附錄1張量基本知識164
附錄2彈性順度系數的坐標變換167
附錄3壓電系數的坐標變換170
參考文獻 / 172
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