智能材料與智能結(jié)構(gòu)講稿

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1、智能材料與智能結(jié)構(gòu)講稿1材料的分類(lèi).按晶體結(jié)構(gòu)分：晶體材料、非晶材料.按成份分：金屬材料、非金屬材料、高分子材料.按導(dǎo)電性分：導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體.按尺寸分：納米材料、薄膜材料、塊體材料.按功能分：結(jié)構(gòu)材料、功能材料（聲、光、電、磁）221世紀(jì)初的材料科學(xué)技術(shù)信息功能材料仍是最活躍的領(lǐng)域信息材料：信息獲取、傳輸、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、顯示或控制所需材料新能源材料的研究將加速可再生能源的開(kāi)發(fā)新能源材料：實(shí)現(xiàn)新能源的轉(zhuǎn)化和利用以及發(fā)展新能源技術(shù)所需的關(guān)鍵材料（儲(chǔ)氫電極合金、鋰離子電池材料、太陽(yáng)能電池材料環(huán)境材料將日益受到重視環(huán)境材料是具有滿意的使用性能同時(shí)又被賦予優(yōu)異的環(huán)境

2、協(xié)調(diào)性的材料。對(duì)環(huán)境污染小、再生利用率高321世紀(jì)初的材料科學(xué)技術(shù)高性能結(jié)構(gòu)材料的研究和開(kāi)發(fā)是永恒的主題高比強(qiáng)度、高比剛度、耐高溫、耐腐蝕、抗磨損納米材料將成為21世紀(jì)初最為活躍的領(lǐng)域生物材料將有很大的發(fā)展人體的相容性，人體器官421世紀(jì)是智能材料時(shí)代.1.材料科學(xué)與技術(shù)已為智能材料的誕生奠定了基礎(chǔ)。先進(jìn)復(fù)合材料（層合板、三維及多維編織）的出現(xiàn)，使傳感器、驅(qū)動(dòng)器合微電子控制系統(tǒng)等復(fù)合或集成成為可能，也能與結(jié)構(gòu)融合并組裝成一體。復(fù)合材料時(shí)代為智能材料的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。.2.對(duì)功能材料特性的綜合探索【如材料的機(jī)電（即機(jī)械能——電能的互相轉(zhuǎn)換）耦合特性、熱機(jī)耦合特性

3、等】及微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，為智能材料所涉及的材料的耦合特性的利用、信息處理和控制打下了基礎(chǔ)。.3.軍事需求與工業(yè)界的介入使智能材料與結(jié)構(gòu)更具有挑戰(zhàn)性、競(jìng)爭(zhēng)性和保密性，使它成為高技術(shù)、多學(xué)科綜合交叉的研究熱點(diǎn)，而且也加速了它的實(shí)用化進(jìn)程。.4.設(shè)計(jì)理念的變革，人類(lèi)對(duì)安全性及舒適性的要求越來(lái)越高，應(yīng)用前景廣闊。5智能材料定義.智能材料就是指模仿生命系統(tǒng)，具有感知環(huán)境（包括內(nèi)環(huán)境和外環(huán)境）刺激，并能實(shí)時(shí)地改變自身的一種或多種性能參數(shù)，作出所期望的，能與變化后的環(huán)境相適應(yīng)的復(fù)合材料或材料的復(fù)合。智能材料要求材料體系集感知、驅(qū)動(dòng)和信息處理于一體，形成類(lèi)似生

4、物材料那樣的具有智能屬性的材料。.智能性材料應(yīng)該滿足下列條件：（一）材料特性隨著使用環(huán)境條件的變化而變化，其變化方向?qū)θ祟?lèi)來(lái)說(shuō)是有利的。（二）材料特性變化之能源，不是來(lái)自于材料之外而是來(lái)自于材料本身。.智能材料是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，它需要不斷從外界環(huán)境輸入能量或（和）物質(zhì)來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)對(duì)外界的適應(yīng)能力，以維持其類(lèi)似于生物體的活性.智能材料具有對(duì)環(huán)境的判斷和自適應(yīng)功能；具有自診斷功能；具有自修復(fù)功能；具有自增殖功能6智能材料.人工合成的智能型復(fù)合材料稱(chēng)為智能材料，也稱(chēng)為機(jī)敏材料。根據(jù)響應(yīng)方式不同，機(jī)敏材料可以分為主動(dòng)控制式和被動(dòng)控制式兩種：1主動(dòng)控制式機(jī)敏材料具有先進(jìn)和復(fù)

5、雜的功能，可自動(dòng)檢測(cè)材料的動(dòng)力和靜力，在允許范圍內(nèi)比較測(cè)定結(jié)果，經(jīng)過(guò)篩選確定適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，控制不希望出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)特性。2被動(dòng)控制式機(jī)敏材料只能傳輸傳感器所感受到的信息（如位移、應(yīng)變、溫度、壓力、加速度等），這種機(jī)敏材料的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬于低級(jí)智能材料。智能材料并非一定是專(zhuān)門(mén)研制的一種新型材料，大多是根據(jù)需要選擇兩種或者多種不同的材料按照一定的比例以某種特定的方式復(fù)合起來(lái)，或者是材料集成，即在所使用的材料構(gòu)件中埋入某種功能材料或器件，使這種新組合材料具有某種或多種機(jī)敏特性甚至智能化。7智能材料的內(nèi)涵：１．具有感知功能，能夠檢測(cè)并且可以識(shí)別外界（或者內(nèi)部）的刺激強(qiáng)度，如電

6、、光、熱、應(yīng)力、應(yīng)變、化學(xué)、核輻射等；小鳥(niǎo)感知到氣流的變化，所以它的翅膀作出調(diào)整以適應(yīng)這種變化，作為智能材料也必須具有２．具有信息傳輸功能，能夠按照設(shè)定的優(yōu)化方式選擇和控制響應(yīng)具有驅(qū)動(dòng)功能，能夠響應(yīng)外界變化；小鳥(niǎo)的翅膀作出調(diào)整，是為了節(jié)能，作出的動(dòng)作是對(duì)它有利的。同樣，智能材料隨著使用環(huán)境條件的變化而變化，其變化方向?qū)θ祟?lèi)來(lái)說(shuō)是有利的。小鳥(niǎo)是隨著風(fēng)而動(dòng)，由風(fēng)的變化而變化，也就是說(shuō)它的反應(yīng)非常靈敏、及時(shí)、恰當(dāng)。對(duì)于智能材料來(lái)說(shuō)也是這樣３．具有對(duì)環(huán)境變化作出響應(yīng)及執(zhí)行的功能４．反應(yīng)比較靈敏、及時(shí)和恰當(dāng)否則，就失去了其智能特性。５．當(dāng)外部刺激消除后，能夠迅速恢復(fù)到原

7、始狀態(tài)材料必須具備的兩個(gè)要點(diǎn)，就是它的使用性和經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)外界的刺激消除后，智能材料必須能夠復(fù)原，否則它的造價(jià)將是非常昂貴，失去了作為材料的條件。所以8智能材料的特征（1）傳感功能（Sensor）能夠感知外界或自身所處的環(huán)境條件，如負(fù)載、應(yīng)力、應(yīng)變、振動(dòng)、熱、光、電、磁、化學(xué)、核輻射等的強(qiáng)度及其變化。（2）反饋功能（Feedback）可通過(guò)傳感網(wǎng)絡(luò)，對(duì)系統(tǒng)輸入與輸出信息進(jìn)行對(duì)比，并將其結(jié)果提供給控制系統(tǒng)。（3）信息識(shí)別與積累功能能夠識(shí)別傳感網(wǎng)絡(luò)得到的各類(lèi)信息并將其積累起來(lái)。（4）響應(yīng)功能能夠根據(jù)外界環(huán)境和內(nèi)部條件變化，適時(shí)動(dòng)態(tài)地作出相應(yīng)的反應(yīng)，并采取必要行動(dòng)。用

8、智能材料制成的飛機(jī)機(jī)翼，就可以像魚(yú)尾巴