智能材料與結(jié)構(gòu)論文

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1、智能材料與結(jié)構(gòu)智能材料就是指具有感知環(huán)境(包括內(nèi)環(huán)境和外環(huán)境)刺激，對之進(jìn)行分析、處理、判斷，并采取一定的措施進(jìn)行適度響應(yīng)的智能特征的材料。具體來說，智能材料需具備以下內(nèi)涵：能夠檢測并且可以識別外界(或者內(nèi)部)的刺激強(qiáng)度，如應(yīng)變，化學(xué)，核輻射等；能夠響應(yīng)外界變化；(1)具有感知功能，電，光，熱，應(yīng)力，(2)具有驅(qū)動(dòng)功能，(3)能夠按照設(shè)定的方式選擇和控制響應(yīng)；⑷反應(yīng)比較靈敏,及時(shí)和恰當(dāng);(5)當(dāng)外部刺激消除后,能夠迅速恢復(fù)到原始狀態(tài)。智能材料與結(jié)構(gòu)是當(dāng)今世界上正在發(fā)展的新興邊緣學(xué)科，屬前沿性研究領(lǐng)域。該學(xué)科研究的特點(diǎn)是將具有特殊性能的智能材料復(fù)合于本體材料、或制成智能構(gòu)件與原有構(gòu)件相結(jié)合，

2、以形成一種具有感知和作動(dòng)功能的新型智能材料結(jié)構(gòu),使結(jié)構(gòu)自身具有自診斷、自控制、自適應(yīng)的功能，達(dá)到提高結(jié)構(gòu)安全性、可靠性的目的。由于智能材料與結(jié)構(gòu)可以解決許多現(xiàn)有技術(shù)和方法不易解決、或不能解決的技術(shù)問題，因而已引起世界各發(fā)達(dá)國家的極大關(guān)注，并撥巨額?？钣糜诖朔矫娴难芯俊＝陙?，我國也開始對智能材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，因起步較晚，在基礎(chǔ)理論研究和開發(fā)應(yīng)用方面，均與國外存在較大差距。主要研究內(nèi)容：1、自適應(yīng)智能材料結(jié)構(gòu)研究針對大型機(jī)械關(guān)鍵受力結(jié)構(gòu)連接部位，由于加工誤差、載荷不均和溫度不均等導(dǎo)致的連接部位受力不均問題，利用功能材料的一些特殊性能進(jìn)行自適應(yīng)結(jié)構(gòu)的研究。2、用于結(jié)構(gòu)控制和損傷監(jiān)測智能材料理論

3、研究針對高速機(jī)車殼體、飛機(jī)、衛(wèi)星殼體和大型關(guān)鍵機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)備受力構(gòu)件進(jìn)行基礎(chǔ)理論、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制研究及應(yīng)用。3、智能材料在大型結(jié)構(gòu)健康診斷與控制上的研究及其應(yīng)用利用智能材料的特殊性能作為傳感元件和控制元件，對結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)進(jìn)行長期的實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制，并通過獲取的特征信息對結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)。4、功能材料的研究主要研究(1)形狀記憶合金的冶煉工藝、熱處理工藝及成型工藝，并對其力學(xué)行為、功能特性以及本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行研究；(2)光纖傳感器的制作工藝，性能參數(shù)，監(jiān)測技術(shù)與進(jìn)行研究。智能材料的特征因?yàn)樵O(shè)計(jì)智能材料的兩個(gè)指導(dǎo)思想是材料的多功能復(fù)合和材料的仿生設(shè)計(jì),所以智能材料系統(tǒng)具有或部分具有如下的智能功

4、能和生命特征：(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）可通過傳感網(wǎng)絡(luò)，對系統(tǒng)輸入與輸出信息進(jìn)行對比，并將其結(jié)果提供給控制系統(tǒng)。（3）信息識別與積累功能能夠識別傳感網(wǎng)絡(luò)得到的各類信息并將其積累起來。（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)。（5）自診斷能力能通過分析比較系統(tǒng)目前的狀況與過去的情況，對諸如系統(tǒng)故障與判斷失誤等問題進(jìn)行自診斷并予以校正。（6）自修復(fù)能力能通過自繁殖、自生長、原位復(fù)合等再生機(jī)制，來修補(bǔ)某些局部

5、損傷或破壞。（7）自調(diào)節(jié)能力對不斷變化的外部環(huán)境和條件，能及時(shí)地自動(dòng)調(diào)整自身結(jié)構(gòu)和功能，并相應(yīng)地改變自己的狀態(tài)和行為，從而使材料系統(tǒng)始終以一種優(yōu)化方式對外界變化作出恰如其分的響應(yīng)。構(gòu)成一般來說智能材料由基體材料、敏感材料、驅(qū)動(dòng)材料和信息處理器四部分構(gòu)成。（1）基體材料基體材料擔(dān)負(fù)著承載的作用，一般宜選用輕質(zhì)材料。一般基體材料首選高分子材料，因?yàn)槠渲亓枯p、耐腐蝕，尤其具有粘彈性的非線性特征。其次也可選用金屬材料，以輕質(zhì)有色合金為主。（2）敏感材料敏感材料擔(dān)負(fù)著傳感的任務(wù)，其主要作用是感知環(huán)境變化（包括壓力、應(yīng)力、溫度、電磁場、PH值等）。常用敏感材料如形狀記憶材料、壓電材料、光纖材料、磁致伸

6、縮材料、電致變色材料、電流變體、磁流變體和液晶材料等。（3）驅(qū)動(dòng)材料因?yàn)樵谝欢l件下驅(qū)動(dòng)材料可產(chǎn)生較大的應(yīng)變和應(yīng)力，所以它擔(dān)負(fù)著響應(yīng)和控制的任務(wù)。常用有效驅(qū)動(dòng)材料如形狀記憶材料、壓電材料、電流變體和磁致伸縮材料等?？梢钥闯?，這些材料既是驅(qū)動(dòng)材料又是敏感材料，顯然起到了身兼二職的作用，這也是智能材料設(shè)計(jì)時(shí)可釆用的一種思路。（4）其它功能材料包括導(dǎo)電材料、磁性材料、光纖和半導(dǎo)體材料等。功能（用途）現(xiàn)舉一個(gè)簡單的應(yīng)用了智能材料的例子：某些太陽鏡的鏡片當(dāng)中含有智能材料，這種智能材料能感知周圍的光，并能夠?qū)獾膹?qiáng)弱進(jìn)行判斷，當(dāng)光強(qiáng)時(shí)，它就變暗，當(dāng)光弱時(shí)，它就會變的透明?？茖W(xué)家正在研制一種能自行調(diào)溫調(diào)

7、光的新型建筑材料，這種材料叫“云膠”，其成分是水與一種聚合物的混合物，呈透明狀，可以透過90%的光線。當(dāng)被加熱時(shí)，云膠可從清澈透明變成白色，以阻擋90%的光線，這一轉(zhuǎn)變是可逆的，且能在兩三度溫差范圍內(nèi)完成。建筑物如果擁有了這樣的“皮膚”就可以適應(yīng)周圍的環(huán)境：當(dāng)天氣寒冷時(shí)它就變成透明的，讓陽光照射進(jìn)來：當(dāng)天氣暖和需要把陽光擋住時(shí)，它就變得半透明。一個(gè)裝有云膠的天窗，當(dāng)太陽光從天窗的一端移向另一端時(shí)，可提供比較恒定的進(jìn)光量。