机敏材料与智能结构

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1、机敏材料与智能结构上海大学机自学院——研究现状与发展趋势主要内容智能材料的概念智能材料所涉及的技术内容研究现状应用前景未来研究方向一、智能材料的概念智能材料”的概念是由日本高木俊宜教授于1989年最先提出来的.其后，智能材料的研究引起各国科学家和有关工程技术人员的兴趣，并在世界范围内蓬勃展开.1992年在日本召开了第一届国际智能材料会议智能材料结构又称机敏结构（Smart/IntelligentMaterialsandStructure)泛指将传感器和驱动器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，不仅具有承受载荷的能力，而且具有

2、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、自修理的材料结构。机敏材料(smartmaterials)是美国的Neunham，RE教授提出的概念，我国学者将其译为机敏材料或灵巧材料.实例：最简单在复合材料结构中埋入光纤敏感元件、形状记忆合金和控制电路。光纤为传感元件，控制电路指挥记忆合金，结构变化适应变化。中国国家高技术新技术领域专家委员会在1998年3月发布的《新材料领域战略研究报告》中对智能材料作了如下的定义:智能材料指的是那些对使用环境敏感而且能对环境变化作出灵活反应的材料.更确切地说，智能材料是一类集传感、控制、驱动(执行)等功能于一体的机敏或

3、智能材料一结构系统，它能适时地感知与响应外界环境的变化，实现自检测、自诊断、自修复、自适应等多种功能机敏材料和智能材料的区别机敏材料(smartmaterials)和智能材料(intelligentmaterials)的关系如何呢?据认为，“smart”和“intelligent”两词在反映聪明程度上是有很大差别的，后者比前者要高一个数量级。姚康德先生指出，机敏(灵巧)材料只能进行简单的线性响应，而智能材料则能根据环境条件的变化程度实现非线性的响应。藉此可认为，机敏材料是智能材料的“低级层次”，或者说是智能材料发展的“初级阶段”。我国材料科学家师昌绪先生称，机敏材料再加上控

4、制功能便成为智能材料了智能材料的分类1、将传感器集成在材料中构成被动机敏结构。能够监测自身的状态（损伤，变形，振动）2、在被动机敏结构中集成驱动器就形成主动机敏结构（不仅能够感知，还能够修正自身满足多种要求）3、主动机敏结构中引入以神经网络为基础的自学习系统，构成智能材料系统（具有广泛的适应性，学习经验等）二、智能材料所涉及的技术内容：1、主要包括学科：传感技术微电子学驱动器控制人工智能材料学控制技术结构工程MEMS等2、研究内容：材料研究（基体，智能）传感技术（感知材料）执行元件技术控制技术学习和自适应技术基础智能材料的研究.1　形状记忆基础智能材料.2　压电基础智能材料

5、.3　电/磁流变液基础智能材料.4　磁致伸缩基础智能材料.5　智能凝胶材料.6　聚合物基“人工肌肉.7　自组装基础智能材料.8光纤基础智能材料材料研究内容基体材料研究：复合材料，新型材料，综合性能高以金属材料为主的结构材料的研究占主导地位功能材料要求电性磁性超导性膨胀性弹性绝缘性光学性等智能材料以及仿生功能引入材料几种重要的传感材料形状记忆合金(ＳＭＡ)pDCH聚合光纤三、研究现状国外研究现状美国1997年，智能结构被列为“基础研究计划”的六项战略研究任务之一。美国各军种、弹道导弹防御局(BMDO)和美国航空航天局(NASA)以及波音、麦道、TRW和联合机身等大公司都分别制

6、定了研究与发展计划，如弹道导弹防御局的“自适应结构计划”，陆军研究局的“智能材料与结构计划”，空、海军共同实施的“智能金属结构计划”，空军航天实验室的“智能结构蒙皮计划”美国研究欧洲研究欧洲智能结构的研究以德、英、法、意为主90年代初英国成立了欧洲首家研究机构“斯特拉斯立德大学智能材料与结构研究所”德国宇航研究院是欧洲从事这一研究的主要机构，目前德国正在研究将植入光纤的自诊断智能结构用于可重复使用运载器的损伤探测和评估，以及用于“未来欧洲航天运输系统计划”意大利则对飞机发动机进行主动振动控制和降低噪声制定了专门研究计划其它国家日本自1984年即着手空间应用的智能结构研究，日

7、本航空宇宙研究所、东京工业大学以及一些大公司都参与了这项工作日本航空航天学会和加拿大Aastra公司也在重点研究空间结构中形状和振动的主动控制问题，发展柔性结构振动自适应控制技术我国从上个世纪90年代末期开始研究，并首先在陶宝褀院士带领下在南航成立智能材料研究室，清华，北大，北航，天津大学，重庆大学，武汉理工等都进行研究，目前还处于理论阶段。国外研究特点：十分重视对基本规律、特性、机理以及模拟计算方法等的研究，并且认为这是推进智能结构发展的关键。基础研究与工程实际应用问题相结合，而且两者平行地进行综合结构力学、控制