智能材料与结构健康监测

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为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划智能材料与结构健康监测　　智能材料在国防中的应用　　学院：。。。。。。。。。。。。　　专业：。。。。。。。。。。。。。　　姓名：。。。。。。。。。。。。。　　一、介绍：智能材料，是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料　　是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。一般说来，智能材料有七大功能，即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。二、智能材料需具备以下内涵：　　(1)具有感知功能，能够检测并且可以识别外界的刺激强度，如电，光等；　　(2)具有驱动功能，能够响应外界变化；　　(3)能够按照设定的方式选择和控制响应；　　(4)反应比较灵敏,及时和恰当；目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　(5)当外部刺激消除后,能够迅速恢复到原始状态。　　三、研究方向　　智能材料是一种集材料与结构、智然处理、执行系统、控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。它的设计与合成几乎横跨所有的高技术学科领域。构成智能材料的基本材料组元有压电材料、形　　状记忆材料、光导纤维、电流变液、磁致伸缩材料和智能高分子材料等。智然材料的出现将使人类文明进入一个新的高度，但目前距离实用阶段还有一定的距离。今后的研究重点包括以下六个方面：　　智能材料概念设计的仿生学理论研究　　材料智然内禀特性及智商评价体系的研究　　耗散结构理论应用于智能材料的研究　　机敏材料的复合-集成原理及设计理论　　智能结构集成的非线性理论　　仿人智能控制理论　　四、国防中的应用目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　在飞机制造方面，科学家正在研制具有如下功能的智能材料：当飞机在飞行中遇到涡流或猛烈的逆风时，机翼中的智能材料能迅速变形，并带动机翼改变形状，从而消除涡流或逆风的影响，使飞机仍能平稳地飞行。可进行损伤评估和寿命预测的飞机自诊断监测系统。该系统可自行判断突然的结构损伤和累积损伤，根据飞行经历和损伤数据预计飞机结构的寿命，从而在保证安全的情况下，大大减少停飞检修次数和常规维护费用，使商业飞机能获得可观的经济效益。此外，还有人设想用智能材料制成涂料，涂在机身和机翼上，当机身或机翼内出现应力时，涂料会改变颜色，以此警告。　　军事方面，在航空航天器蒙皮中植入能探测激光、核辐射等多种传感器的智能蒙皮，可用于对敌方威胁进行监视和预警。美国正在为未来的弹道导弹监视和预警卫星研究在复合材料蒙皮中植入核爆光纤传感器、X射线光纤探测器等多种智能蒙皮。这种智能蒙皮将安装在天基防御系统平台表面，对敌方威胁进行实时监视和预警，提高武器平台抵御破坏的能力。智能材料还能降低军用系统噪声。美国军方发明出一种可涂在潜艇上的智能材料，它可使潜艇噪声降低60分贝，并使潜艇探测目标的时间缩短100倍。　　智能材料在航空领域的典型应用　　最早开展智能材料结构研究的就是航空领域。随着航空科学技术的飞速发展，对飞行器的结构提出了轻质、高可靠性、高维护性、高生存能力的要求，为了适应这些要求，必须增加材料的智能性，使用智能材料结构。智能材料结构在航空飞行器上的应用主要有智能蒙皮、自适应机翼、振动噪声控制和结构健康监测等。　　1、智能蒙皮目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　智能蒙皮是在飞行器蒙皮中植入传感元件、驱动元件和微处理控制系统，它的功能包括：流体边界层控制、结构健康检测、振动与噪声控制、多功能保型天线等。可以实时监测或监控蒙皮损伤，并可使蒙皮产生需要的变形，使结构不仅具有承载功能，还能感知和处理内外部环境信息，并通过改变结构的物理性质使结构形变，对环境做出响应，实现自诊断、自适应、自修复等多种功能。其中利用智能蒙皮进行边界层控制是通过把边界层维持层流状态，或者对湍流进行控　　制，大大减小了飞行器飞行中的阻力，延迟在机翼中的空气流动分离，从而提高飞行器性能，减少燃料的消耗。由于飞行器的蒙皮一般都很薄，要求埋入的传感器体积小，对基体结构的损伤要小，符合条件的传感器有光纤、含金属芯压电陶瓷纤维、PVDF等。　　第一种方式，当智能蒙皮处在特定状态的流场中，压电或形状记忆合金驱动器产生作用，使智能蒙皮发生局部变形或振动，对主流场产生一个微流场扰动，达到延缓分离的目的。Kentucky大学的研究组，利用THUNDER压电驱动器产生翼面振动控制流场分离。通过对NACA4415翼型的理论与试验证明了这种控制方式在低雷诺数下可以很好地控制低速流场的分离。空客公司在A340机翼上运用了自适应翼面鼓包技术，实现延缓分离。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　另一种方式，直接采用向主流场吹吸微射流的方式实现对主流场的控制。其中合成射流技术是当前研究的重点。Maryland大学将PZT-黄铜隔膜的SJA阵列集成于无人飞行器缩比模型的机翼中，通过理论分析获得SJA的最佳激励参数，然后通过风洞试验验证了合成射流可以有效地提高飞升系数，升阻比提高了16％。NASALangley研究中心在研究底部板式隔膜和腔内悬臂式振动膜驱动性能的同时，还对合成射流的测试与评价试验系统进行研究。　　2自适应机翼　　为了满足高性能飞行器研制需求，自适应机翼技术作为一项关键技术将发挥其在改善飞机飞行性能方面的重要作用。自适应机翼具有翼型自适应能力，根据不同的飞行条件改变机翼形状参数，如机翼的　　光纤光栅传感器及其在桥梁结构健康监　　测中的应用　　姓名：朱少波　　学号：UXX15536　　班级：电气中英1101班　　XX年1月23日星期五目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　摘要：作为20世纪测试领域的重大发明，光纤光栅传感技术得到了快速发展，并已经成为诸多领域的前沿研究与应用方向。本文主要介绍了相关产业化企业近年来基于光纤光栅感知元件发展起来的系列传感器、部品、重大土木工程结构健康监测的应用以及项目研究与产业化状况。主要包括：光纤光栅系列直接传感器、光纤光栅间接传感器、光纤光栅传感部品与结构健康监测的光纤光栅传感网络与集成系统及其在大型桥梁结构健康监测中的应用。最后，介绍了课题组与相关企业在该方向的项目研究、国际合作与产业化情况，并指出该方向的主要研究与应用方向。　　关键词：光纤光栅传感器，桥梁结构，健康监测　　1.引言　　重大桥梁工程结构的使用期长达几十年、甚至上百年，环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的耦合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减，从而抵抗自然灾害、甚至正常环境作用的能力下降，极端情况下引发灾难性的突发事故。因此，为了保障结构的安全性、完整性、适用性与耐久性，对重大桥梁工程结构增设长期的健康监测系统，以监测结构的服役安全状况，并为验证结构设计、施工控制以及研究结构服役期间的损伤演化规律提供有效的、直接的手段，并实时监测其服役期间的安全状况、避免重大事故的发生。结构健康监测已经成为世界范围内重大桥梁结构工程的前沿研究方向。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　然而，重大桥梁工程结构和基础设施体积大、跨度长、分布面积大，使用期限长，传统的电学量传感设备组成的长期监测系统性能稳定性、耐久性和分布范围都不能很好地满足实际工程需要。随着智能感知材料的发展,高性能传感器及其测试技术为结构智能健康监测系统的研究与发展提供了崭新的途径，尤其是以光纤光栅为代表的光纤传感元件的出现与发展，更为这一热点课题提供了广阔的生机。光纤通信技术和光纤传感技术在20世纪后半叶至21世纪初期的几十年里日新月异，极大地推动了人类社会的进步。光纤传感技术随着光通信技术的发展应运而生，尤其是光纤光栅的出现不仅给光纤传感技术，而且给相关领域带来了一次里程碑式的革命[1]，使人们可以设计和制作大量基于光纤光栅的新型智能传感器[2]。与传统的各类传感器相比光纤光栅传感器具有以下优点[3]：　　1)抗电磁干扰，电绝缘，本质安全　　由于光纤传感器是利用光波传输信息，而光纤是电绝缘的传输媒质，因而不怕强电磁干扰，也不影响外界的电磁场，并且安全可靠。这一特性使其在高压、强电磁干扰、易燃、易爆的环境中能有效的传感。　　2)耐腐蚀　　由于光纤表面的涂覆层是由高分子材料组成，承受环境或者结构中酸碱等化学成分腐蚀的能力强，适合于结构的长期健康监测。　　3)测量精度高目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　光纤传感器采用波长调制技术，分辨率可达到波长尺度的皮米量级，对应温度监测中℃与应变监测中1με。光测量及波长调制技术使光纤传感器的灵敏度优于一般的传感器。　　4)测量对象广泛　　以采用很相近的技术基础构成测量不同物理量的传感器，这些物理量包括压力、温度、加速度、位移等。　　5)准分布式测量　　可以将多个布拉格光栅焊接在一起，或是在一根光纤上写入多个光栅，再将它们构成传感网络或者阵列。　　6)便于复用及成网　　够用一根光纤测量结构上空间多点或者无限多自由度的参数分布，是传统的机械类、电子类、微电子类等分立型器件无法实现的功能，是传感技术的新发展。光纤传感器可很方便的与计算机和光纤传输系统相连，有利于与现有光通信网络组成遥测网和光纤传感网络。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　纵观目前应用于结构健康监测中的各种传感器，除光纤传感器外，其它传感器多数为电测量传感器，由于电磁干扰问题、寿命问题、分布性能问题以及被测参量单一问题等均不能满足重大工程结构健康监测的需要。而光纤传感器中虽仍有光强型传感器、干涉型传感器的存在，但这些传感器作为智能材料与结构的“神经元”，特别是重大工程结构健康监测的传感器，具有一定局限性。光纤光栅传感器克服了传统光纤和电测量传感技术的一些缺点，满足现代工程结构监测的高精度、远距离、分布式和长期性的技术要求，在智能材料与结构中具有广阔的发展前途。综上所述，光纤光栅传感器具有材料和传感性能两方面的优势，作为长期结构健康监测中局部监测的首选敏感元件，已经在世界范围内广泛应用于重大工程的结构健康监测中.　　2.光纤光栅传感器的发展目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　光纤光栅是一种新型的光子器件，它可以控制光在光纤中的传播行为。光纤光栅的研究与发展归功于1978年加拿大的Hill等人在实验室中制作的世界上第一根光纤光栅，以及1989年美国的Meltz等人发明的紫外侧写入技术。随后，1993年Hill与Lemaire分别提出相位掩模成栅技术和低温高压载氢技术。这两项技术相结合极大地降低了光纤光栅的制作成本与容易程度，从而在世界各地掀起了基于光纤光栅应用研究的热潮。自从1989年美国的Morey等人首次进行光纤光栅的应变与温度传感研究以来，世界各国都对其十分关注并开展了广泛的应用研究，在短短的10多年时间里光纤光栅已成为传感领域发展最快的技术，并在很多领域取得了成功的应用，如土木工程、油田、航空航天、复合材料、高压输电线、医学、核电站、消防等领域(Rao,1999;Tennysonetal,XX;Ou&Zhou,XX,XX,XX,XX)。目前，国内的清华大学、重庆大学、南开大学、武汉理工大学、北京交通大学、香港理工大学、哈尔滨工业大学等单位对光纤光栅传感器的应用研究非常重视，投入了大量的人力和物力，得到了系列研究成果，并已经在一些重点示范工程上得到了应用。　　迄今为止，光纤光栅无论在技术成熟度，还是成本上都已经取得了实质的突破，将其应用到量大面广的土木工程已经成为现实。很多光电领域的专家学者对光纤光栅的传感特性以及诸多领域的应用作了很多尝试，取得了较好的成果。但是，目前普遍存在一个问题：光纤光栅传感器的开发者因为缺少应用领越的专门知识，研究开发的“专业”传感器无法胜任实际的工程需要，而应用领域的工程师们缺少光纤光栅传感的专门知识，即使清楚自己的测试需要，仍难以协调与指导传感器的研究开发，从而导致了供给与需求的严重脱节。哈尔滨工业大学及其相关产业化企业针对重大土木工程结构健康监测对耐久性传感器的迫切需求，发挥多学科交叉的优势，突破传统胶粘剂封装光纤光栅应变传感器和布设工艺耐久性的不足，通过对光纤光栅应变传感器的应变传感物理机理、应变传感的界面传递机理、封装光纤光栅目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　传感器的蠕变特性等方面进行了较系统研究，提出了基于误差的应变传感器设计的优化方法，并开发出系列高性能的光纤光栅直接传感器、光纤光栅间接传感器、光纤光栅传感部品以及相应的结构健康监测的光纤光栅传感网络与集成系统，并应用于诸多重大桥梁工程。　　3.光纤光栅传感器简介　　光纤光栅传感器的结构及工作原理目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　光纤光栅是通过改变光纤芯区折射率，产生小的周期性调制而形成的，其折射率变化通常在１０－５～１０－３之间，通过紫外光曝光的方法将入射光的相干场图形写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射镜。光纤芯中的折射率调制周期Λ由下式给出：Λ＝λｕｖ／２ｓｉｎ，式中λｕｖ是紫外光源波长，θ是２相干光束之间的夹角[4]。光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的[5]。光敏性是指激光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化的特性。而在纤芯内形成的空间相位光栅，其实质就是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射镜。利用光纤材料的光敏性，通过紫外激光在光纤纤芯上刻写一段光栅，当光源发出的连续宽带光通过传输光纤射入时，在光栅处有选择地反射回一个窄带光，其余宽带光继续透射过去，在下一个具有不同中心波长的光纤光栅处反射。当光纤光栅所处环境的温度、应力、应变等物理量发生变化时，光栅周期或纤芯折射率随之发生变化，使反射光波长发生变化，通过测量变化前后反射光波长的变化，就可以获得待测物理量的变化情况。　　光纤光栅传感器的应用特点　　光纤光栅传感器作为一种新型光纤传感器，对大多数物理量直接感应，可同时感应温度和应变，还可以进行多个物理量的同时测量，其应用领域非常广泛。同时ＦＢＧ传感器阵列可以实现分布式的传感网络，对物体进行多点测量，提取相关的信号，进行状态分析，达到示警以及故障诊断的目的。其主要技术应用优势包括：　　可靠性好、测量精度高，单路光纤上可以制作多个光栅的能力可以对大型工程进行分布式测量，其测量点多，测量范围大；　　抗电磁干扰能力强；　　光纤光栅是无源传感器，不受电磁场的影响，也不发热，特别适于电磁场强烈的环境；　　光纤光栅的材料是非金属材料，耐腐蚀能力强；　　光纤光栅传感器调制的是波长信号，不存在多值函数问题，与光源、传输和连接件的损耗等强度信息没有关系，因而对环境干扰不敏感[6]；　　光纤光栅可以单端输入和单端检测，减少了埋入光纤与探测元件的数量，特别适于物理量的测量。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　尽管光纤光栅传感器具有上述许多优点，但是在实际应用中还是存在一些问题。目前，限制光纤光栅传感器应用的最主要障碍是传感信号的解调即光纤光栅传感器分析仪，正在研究的解调方法很多，但能够实际应用的解调产品并不多，而且价格较高，如果用于多点监测的分布式传感器网络系统中成本将更高。光纤光栅传感器应用中的问题如下：　　由于光源带宽有限，而应用中一般要求光栅的反射谱不能重叠，因此，可复用光栅的数目受到限制；　　如何实现在复合材料中同时测量多轴向的应变，以再现被测体的多轴向应变形貌；　　如何实现大范围、高精度、快速实时测量；　　当温度和应变同时发生变化时，传感器本身无法分辨出两者分别引起的反射中心波长的变化；如何正确地分辨光栅波长变化是由温度变化引起的还是由应力产生的应变引起的，也即是如何消除或区分应变及温度交叉敏感问题；　　光纤光栅传感器制作材料比较脆弱，所以它在使用过程中容易损坏；需要对其进行封装处理，研究开发出耐久性好的材料对其进行封装很有必要，以延长传感器的使用寿命；　　目前，普通的光纤光栅传感器的检测精度较传统的应变电类检测传感器相对要低些，研制开发出检测精度更高的适合桥梁的专用光纤光栅传感器势在必行，也是其广泛应用于未来桥梁结构健康监测系统的前提。有效地解决上述问题对于实现廉价、稳定、高分辨率、大测量范围、多光栅复用的传感系统具有重要意义。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　光纤光栅传感器在国内外实际工程中的应用　　随着高智能传感材料和传感器解调技术的发展，光纤光栅传感器系统的成本将降低，而光纤光栅传感器由于其具有很多的技术优势，因而是土木工程领域研究的热点。目前在国内外都有光纤光栅传感器应用工程的成功案例，并且证实监测结果比较理想。目前，应用光纤光栅传感器最多的领域当数桥梁的安全监测。．　　(1)国内应用案例　　南京长江第三大桥施工监测南京三桥深水基础施工监测项目中共布设了３９７个光纤光栅应变和温度传感器，是目前国际上施工控制中布设光纤光栅应变和温度传感器最多的桥梁。该监测项目将光纤光栅温度传感器应用于南京三桥承台大体积混凝土温度场监测中取得了良好的控制效果，带来了显著的社会和经济效益，具有重要的推广应用价值。哈尔滨四方台松花江大桥该监测项目在桥上共布设了６０只光纤光栅传感器。历经近３年的考验，光纤光栅应变和温度传感器的成活率达到９０％以上。在大桥成桥试验和运营阶段，该监测系统较好地监测了结构的局部应变，为成桥质量评价和运营阶段的安全评价提供了可靠的数据。　　(2)国外应用案例目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　加拿大卡尔加里附近的BeddingtonTrail大桥是最早使用光纤光栅传感器进行测量的桥梁之一(1993年),共安装了16个光纤光栅传感器对桥梁结构进行长期监测。　　德累斯顿大学的Meissner等人将布拉格光栅埋入桥的混凝土棱柱中,测量荷载下的线性响应,并用常规的应变测量仪器作了对比试验,证实了光纤光栅传感器的应用可行性　　4.应用光纤光栅传感器的桥梁结构健康监测系统　　桥梁结构健康监测的概念及其组成　　结构健康监测的定义[7]：利用现场的无损传感与结构系统特性分析，探测结构的性态变化，揭示结构损伤与结构性能劣化。其实，结构监测并不是一个新的概念，对结构的应变、加速度、速度、位移等参数的测量一直是结构工程的基本方法。由于土木工程结构的特殊性，如结构型式多样、服役周期长、影响结构性能的因素复杂多变等，对其进行健康监测也要复杂得多。理想的健康监测系统应能在结构损伤出现的较早时期发现损伤，在传感器允许的情况下，结合损伤识别技术确定损伤的位置，评估损伤程度，预测剩余的有效寿命。要实现桥梁结构的健康监测，必须要有完整的桥梁状态信息、科学的安全分析评估手段，这就要求桥梁具有感觉神经与思维判断能力，前者就是能获取桥梁状态的信息采集硬件系统，后者则是数据分析评估的软件系统，　　智能材料在土木工程中的应用目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　[摘要]：智能材料是2l世纪的一种新型的材料、是材料科学发展的方向，而在当代的土木工程领域内，智能材料已经得到了广泛的应用。本文对智能材料的概念、类型及其特点进行介绍，论述了智能材料在土木工程中应用和研究现状。　　[关键词]:智能材料;土木工程;应用现状　　智能材料是一种能感知外界环境变化并自动改变自身特性以适应该变化，可实现自诊断、自调节、自适应、自修复等功能的新型复合材料，是近年来引起世界各发达国家重视的新材料高技术体系，其全新的构思源于仿生，目标是要获得类似人的各种功能的“活”的材料。智能材料的出现为土木工程材料与结构提供了新的发展方向，智能材料与结构系统在木土工程领域中有着巨大的应用潜力，目前压电、压磁、光纤、形状记忆合金等智能材料，在当代土木工程领域内也已得到了广泛应用。　　1智能材料的概念，类型及其特性　　概念.　　智能材料，是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。　　组成.目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　目前智能材料主要有形状记忆合金、电流变体和磁流变体、磁致伸缩材料、压电材料等几大类。一般情况下智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。l）基体材料基体材料担负着承载的作用，一般宜选用轻质材料.基体材料首选高分子材料，因为其重量轻、耐腐蚀，尤其具有粘弹性的非线性特征.其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。　　2）敏感材料敏感材料担负着传感的任务，其主要作用是感知环境变化.常用敏感材料如形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材料、电流变体、磁流变体和液晶材料等.　　3）驱动材料因为在一定条件下驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负着响应和控制的任务.常用有效驱动材料有形状记忆材料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等.可以看出，这些材料既是驱动材料又是敏感材料，起到了双重作用，这也是智能材料设计时　　可采用的一种思路.　　4）信息处理器信息处理器是在敏感材料、驱动材料间传递信息的部件，是敏感材料和驱动材料二者联系的桥梁.　　特性.　　因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征：　　1）传感功能：能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　2）反馈功能：可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。　　3）信息识别与积累功能：能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。　　4）响应功能：能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。　　5）自诊断能力：能通过分析比较系统的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。　　6）自修复能力：能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。　　7）自调节能力：对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。　　2智能材料在土木工程中应用　　2．1形状记忆合金在土木工程中的应用目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　形状记忆合金(SMA)是一类具有形状记忆效应(ShapeMemoryEffect)的智能合金材料。具有形状记忆效应的合金包括Ni—Ti，Cu—Zn—Al，Cu—Al—Ni以及聚氨基甲醇乙醇等。作为一种新型的功能性材料，形状记忆合金其最显著的优点之一就是在激发材料的形状记忆效应时，材料能产生很高的回复应力(700MPa以上)和回复应变(8％左右)，并且还具有很强的能量储存和能量传输能力。利用这一特性就可把材料埋植在各种结构中，进行结构的自增强、自增韧、自诊断和自适应控制的研究与应用，同时也可将材料制成智能型驱动器，进行结构的裂缝、损伤、变形及振动的主动隔振等方面的研究与应用。　　形状记忆合金的另一个显著的优点是相变伪弹性性能和相变滞后性能，其应力一应变曲线在加卸载过程中形成环状，这说明材料在此过程中可吸收和耗散大量的能量。试验结果表明，形状记忆合金的相变回复力也很高，其值可达近400MPa。根据这一特性就可研制具有相变伪弹性性能的形状记忆合金被动耗能器或被动耗能控制系统，以便进行土木工程结构的被动耗能抗震控制。　　目前，国外已将形状记忆合金耗能器用于砌体结构和钢筋混凝土结构的被动抗震控制设计，同时也有用于古建筑抗震加固的应用实例，还有将形状记忆合金制成主动阻尼控制系统的研究。用TiNi形状记忆合金作为隔音材料及探测地震损害控制的潜力已显示出来。已试验了桥梁和建筑物中的应用，因此作为隔音材料及探测损害控制的应用已成为一个新的应用领域。　　2．2压电材料在土木工程中的应用目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　将压电体集成于传统的结构中，利用压电传感元件感知结构的振动模态，并根据其输出，再通过相应的控制算法确定压电作动体的输入，以实现结构振动的主动控制，是目前压电类智能结构应用研究的前沿和热点。为此，许多研究人员先后利用压电陶瓷(ZPT)作为加速度传感器和驱动体研究了任意复杂激励下压电层合结构的主动阻尼和被动阻尼以及主动振动控制等问题，还有的学者根据经典复合板理论，采用加速度反馈控制方法讨论了利用压电传感元件实现复合材料层合梁的主动阻尼控制并进行了试验研究。特别是近年来压电材料和压电堆技术的迅速发展，为压电类智能结构的研究和应用开辟了许多新领域。　　目前压电材料和压电堆技术广泛应用于土木工程结构的静变形控制能、噪声主动控制、健康监测、安全评定和自适应修复以及抗震抗风等多个领域。　　2．3光导纤维在土木工程中的应用　　光导纤维是一种由外包层和内芯构成的纤维状光通信介质材料，这种先进的信息传输材料最先被用于通信传输系统，而且其研究发展速度很快。原因是作为信息载体的光子要比电子的速度容量与空间容量优越得多。光子响应速度比电子高出三个数量级。光子的高并行处理能力和高信息率等特性，使其具有远高于电子信息容量与处理速度的潜力。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　目前，在传统的混凝土结构中埋人光纤作为传感元件进行结构强度、裂缝、损伤、变形、振动、钢筋锈蚀和施工质量等方面的自动诊断、监测、预报、控制和评价，同时再埋人驱动元件(如形状记忆合金等)，并将控制元件和信息处理系统与之结合，形成具有智能功能的混凝土结构，从而实现混凝土结构的自检测、自诊断、自适应和自修复等，也是智能材料结构系统在土木工程中的研究与开发应用的热点和前沿。　　光纤材料是土木工程结构健康诊断及其地震响应主动控制中传感器设计的理想材料。早在20世纪80年代的时候美国就已经将光纤维材料应用于桥梁的振动监测，我国也已经将光纤材料用于三峡大坝健康监测和安全评定系统中。　　2．4压磁材料在土木工程结构中的应用　　磁流变液(MRF)悬浮体系，在外加磁场的作用下，它们的粘性、塑性、弹性等流变性能会发生显著的可逆变化。且当外加场强超过临界值后，磁流变液会在几毫秒内从液态变为固态。在显微镜下可以观察到，在磁场的作用下，磁流变液的分散相颗粒结成了沿磁场方向的链状结构。由于磁流变液的特性可以在介于液体和固体的属性之间进行可控(由外加磁场直接控制流体的流变特性)、快速(响应时间只有几毫秒)和可逆的转变的独特性质，而且对流体的特性实施控制时所需的能量又较低，变化动态范围大，易于大面积铺放、成本低，磁流变液成为智能结构中作动器件的主要材料。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　目前，人们主要将磁流变液应用到减振器、离合器、柔性机械卡具、机器人手臂、液压阀门、直升机旋翼、油缸运动的控制桥路以及电源的高速开关等各个领域，已设计出了一些应用磁流变液的高性能参数可控的减振器、离合器、隔振器等新产品，在土木工程领域主要应用于高层建筑、电视塔、大跨网架和大跨桥梁等土木结构地震的半主动控制。　　另外，磁致伸缩智能材料也在土木工程的研究中得到了广泛的重视。磁致伸缩智能材料是一类磁致伸缩效应强烈，具有高磁致伸缩系数并具有电磁能／机械能可逆转换功能的材料。磁致伸缩材料在智能材料与结构领域中光纤材料主要用于传感、监测和远距离信息传具有较好的应用前景，目前这类材料已广泛用于声纳系统、大功率超声器件、精密定位控制、各种阀门和驱动器件等。　　3结语.　　智能材料与我们的生活息息相关，其在土木工程结构中的研究与应用(来自:写论文网:智能材料与结构健康监测)更是展现出独特的优越性能和广阔的应用前景，智能材料的发展将推动结构的智能监测与诊断系统的研究与应用，为结构自修复、自愈合功能的研究和设计提供应用基础。智能材料与结构系统及其应用技术的兴起与发展不仅意味着结构功能的增强，结构使用效率的提高和结构设计形式的优化，更重要的是对传统土木工程的结构设计、建造、维护及使用控制等许多观念的更新起了重大的推进作用。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　参考文献：　　[1]郑智能，张永兴，董强.智能材料及其在土木工程中的应用.重庆交通学院学报.XX,06　　[2]邓友生,孙宝俊.智能材料系统及其在土木工程中的应用研究.建筑技术.XX,36(2)　　[3]任勇生.智能材料在土木结构监测和振动控制中的应用.太原理工大学学报.XX,05　　[4]谢建宏,张为公,梁大开.智能材料结构的研究现状及未来发展.材料导报.XX,11.　　[5]程显,文关群.智能材料在土木工程中的应用.工程与建设.XX,01　　感想：目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。