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智能结构与智能机构 2020 1 16 1 1 智能结构简介2 国内外研究现状3 应用举例4 展望 2020 1 16 2 1 智能结构简介 智能结构 一种仿生结构体系 它集主结构 传感器 控制器及驱动器于一体 具有结构健康自诊断 自监控 环境自适应以及损伤自愈合自修复的生命特征及智能功能 在危险发生时能自己保护自己 智能结构也可以定义成 可以根据外部条件和内部条件主动地改变结构特性以最优地满足任务需要的结构 外部条件可能包括环境 载荷或已制造出及已在使用中的结构几何外形 内部条件可能包括对材料或结构的局部区域的破坏 失效的隔离和改变载荷传输途径等 2020 1 16 3 1 1智能结构材料 1 电磁流变体在20世纪40年代末期 人们发现在普通的流体中掺入适当的磁性悬浮物 就成为电磁流变体 当外加磁场作用在这种流体上时 由于悬浮物磁向与外磁场一致 就大大约束了流体的运动 整个流体呈现固体化的性质 而且反应之快 是在短于微妙级的时间间隔内完成的 悬浮物为磁性体时称为磁流变体 MR 而悬浮物是电介质时称为电流变体 ER 2020 1 16 4 1 1智能结构材料 2020 1 16 5 2 形状记忆材料材料在外力作用下发生残余变形后 在温度作用下又会发生逆变形 使材料恢复原状 冷却后再再发生残余变形 再加热 结果还能恢复原状 这种现象称为形状记忆效应 ShapeMemoryEffect 这种具有形状记忆效应 SME 的材料称为形状记忆材料 它包括形状记忆合金 记忆陶瓷及形状记忆聚合物 1 1智能结构材料 3 压电材料材料上施加外力引起变形时在材料内产生电场 反之对材料施加外电场时在材料内部产生变形 2020 1 16 6 1 2关键技术 2020 1 16 7 1 3智能结构仿生模型 2020 1 16 8 1 4智能结构发展 20世纪50年代提出智能结构1974年美国首次提出将压电陶瓷嵌入复合材料制成构件进入80年代末期以来 智能结构已经有了长足的进展 日本日立公司的机械手 主要研究国家 美 日 德 英为代表的发达国家 2020 1 16 9 国内研究现状 尚处于起步阶段 也取得一些成果 对机舱内噪声控制的研究 机器人柔性臂的振动控制 铁路长轨伸缩量的控制等 在组成智能结构的一些重要材料和器件方面的研究工作已有一定的基础在智能传感器和某些领域的智能系统设计方面取得较大的突破 目前大部分研究集中在各种不同的智能材料特性的探索上 并研制出了多种具有不同特点的智能材料 但对智能材料与结构的应用的研究还相对较少 2020 1 16 10 3应用举例 航天航空工程 威胁警报 智能机翼 噪声控制 土木工程 智能混凝土结构 结构灾害反应控制系统 结构健康监测与诊断系统 机器人 2020 1 16 11 3 1自适应机翼 2020 1 16 12 3 1自适应机翼 2020 1 16 13 3 1自适应机翼 2020 1 16 14 3 2碳纤维混凝土温度自诊断自适应结构 2020 1 16 15 TiNi是SMA 形状记忆材料 中一种 SMA的伸缩实现开闭屈伸动作 3 3微型机器人 2020 1 16 16 3 4螃蟹机器人 2020 1 16 17 螃蟹机器人 Riririr 2020 1 16 18 日本KondoHexapod 六脚机器人 4 展望 4 1未来研究方向 a 智能材料 智能结构仿生学理论b 仿人智能控制理论c 智能结构非线性分析新理论 新方法d 智能结构不确定性理论及方法e 智能结构振动控制的新理论及新算法f 开发研究新智能材料 开发大应变 高强度 高模量的压电材料 2020 1