智能材料结构综述

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1、智能材料结构综述摘要本文综述了智能材料结构及系统的相关问题，阐述了智能材料的基本概念、分类方法和关键技术；描述了智能材料的实际应用现状和未来发展。智能材料的研究内容十分丰富，涉及许多前沿学科和高新技术，应用领域十分广阔。智能材料结构系统的研究应用必将把人类社会文明推向一个新的高度。关键词：智能材料结构；关键技术；实际应用；未來发展AbstractInthispaper;therelatedissuesdealtwithsmart/intelligentmaterialsanditssystemsarereviewed.Thebasicconception,classificationandk

2、eytechnologyofthematerialsisexplained.Thepresentsituationandthefuturedevelopmentoftheintelligentmaterialsisdescribed・Theresearchcontentofthematerialsisabundant.ThematerialsdealwithmanyforwardsubjectandhightechniquesandCanbeusedinvariousaspects・Theresearchofsmart/intelligentmaterialsystemswillcertai

3、nlycarryhumanbeings'civilizationtoanewsummit-KeyWards:smart/intelligentmaterials;keytechnology;presentsituation;futuredevelopment1引言材料是人类一切生产和生活水平提高的物质基础，是人类进步的里程碑。随着科技的发展，特别是20世纪80年代以来，现代航天、航空、电子、机械等高技术领域取得了飞速的发展，人们对所使用的材料提岀了越来越高的要求，传统的结构材料或功能材料已不能满足这些技术的要求，材料科学的发展由传统单一的仅具有承载能力的结构材料或功能材料，向多功能化、智能化

4、的结构材料发展。20世纪80年代末期，受到自然界生物具备的某些能力的启发，美国和H本科学家首先将智能概念引入材料和结构领域，提岀了智能材料结构的新概念。智能材料结构又称机敏结构（Smart/lntelligentMaterialsandStructures）,泛指将传感元件、骡动元件以及有关的信号处理和控制电路集成在材料结构中，通过机、热、光、化、电、磁等激励和控制，不仅具冇承受载荷的能力，1仏冃具冇识别、分析、处理及控制等多种功能，能进行自诊断、自适应、自学习、自修复的材料结构。智能材料结构是一门交叉的前沿学科，所涉及的专业领域非常广泛，如:力学、材料科学、物理学、生物学、电子学、控制科学

5、、计算机科学与技术等，目前各国都冇一大批各淫科的专家和淫者正积极致力于发展这一淫科。2智能材料结构的概念和分类2.1智能材料结构的概念智能材料结构是将传感元件、驱动元件和控制系统结合或融合在基体材料中的一种结构。这种结构不仅具有承受载荷的能力，还具有识别、分析、判断、动作等额外功能。具体地说,就是具有检测（应变、损伤、温度、压力及各种制导光源）、通信（数据传输）、动作（改变结构外形和结构应力分布、改变电磁场及光学反射能力和数字选择能力、改变透气性和通风）等功能，即结构件本身具有自诊断、自适应、自修复、自増殖、自衰减等能力。如将基体材料看作人体的骨骼，则智能材料结构就相当于由神经、肌肉、大脑和

6、骨骼组成的系统。因此可将智能材料结构定义为：将具冇仿生命功能的材料融合于基体材料中，使制成的构件具有人们期望的智能功能，这种结构称为智能材料结构。仿生命功能是人们期望的功能，如光纤埋入复合材料中就具冇了解结构中的应变和温度的功能，埋入的形状记忆合金丝可以使结构动作、改变结构的形状和应变等。因此，融合于材料中的传感元件相当于人体神经系统，具冇感官功能；驱动元件相当于人体的肌肉；计算机系统相当于人的大脑，它将根据从传感元件得到的信息指挥驱动元件动作。从工程角度来说，智能材料结构是将仿生命功能的材料融合于基体材料屮，使制成的构件具冇人们期望的智能功能；从解剖学角度来看，智能材料相当于一个由骨骼(S

7、keleton)神经(Nerve)肌肉(Mussel)和大脑(Brain)组成的系统。这其屮基体材料(Matrix)相当于人体的骨骼，融合于基体材料中的传感元件(Sensor)相当于神经系统，具有感官功能，驱动元件(Actuator)相当于人体的肌肉，处理和控制系统(ProcessingandControlSystem)可视为人的大脑,它根据从传感元件得到的信息经分析判断后指挥驱动元件动作，实现自诊断(Sel