智能材料与智能结构分类
智能材料和智能结构——形状记忆材料
磁（ 电）致流变流 体和 某些功 能聚合物 。集成和 混合高等 材料是可获 得具有传 感 、控 制和 多值 响应本征 机理
的复合材料 。
Ｉ
ｌ
二 、形 状 记 忆 材 料
形状记忆材料 （ Ｓ ＭＭ）是智 能复合材 料的主要 组成部分之 一 。由于材料 内部的可逆相 变 ，Ｓ ＭＭ 具有 某些特殊 的性质 ，例 如形状记 忆效应 （Ｓ ＭＥ） 、准确性 或较大 的可恢复冲 击应变 、高阻尼 性和 自适应 性。
形状记忆 、超弹性等 ，可 用于各种智 能系统 。形状 记忆材料 中的激励 感应相变 导致了材 料的许多独 特的
性能 ，支配 着材 料性质 的显著变化 。讨论了改进 目前材料 系统和研发 新的形状 记忆材料 所面 临的 技术障
碍和挑 战。
关键词 ：形状记忆材 料 ；合金 ；陶瓷 ；聚 合物 ；激 励感应相 变 ；智 能系统 中图分类 号 ：Ｔ ３ １ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ： ０ ６ ８ ３ ２ １）９ ０ ０ — ７ Ｂ８ １ ０ — ８ Ｘ（ ０ — ０ ６ ０ ００
特性 、形状记忆特 性和其 它性质影 响很大，在２ 元 合金中 ， ２ 由立方 晶系到单斜 晶系 ［ ９］的一级相变 改变为 由立方 晶 Ｂ１
系 ［ ２ 到斜 方 晶 体 系 ［ ９ 以及 由 Ｂ１ Ｂ］ Ｂ１ ］ ９到 Ｂ１ （ ｕ取 代 Ｎｉ ９ Ｃ
纤维 丝 、颗 粒和 多孔材 料 ，可与其 他材料 一起 形成 复合材
（） ７ 、阻尼 ：Ｓ ＭＭ 的阻尼特 性来源 于其特征 微结构和 相变 ，大 部分 Ｓ ＭＭ 都具 有较高 的固有 阻尼 性 。
ｉ
０跨露 ： ０
≯
到 目前 为 止 已发 现 各 种 合 金 （ Ｓ ＭＡ） 陶 瓷 （Ｓ ） 、 ＭＣ 、 聚合物 （ 状记忆 Ｓ ） 凝胶 （Ｓ 形 ＭＰ 和 ＭＧ） 胶 呈 现 出 Ｓ 凝 ＭＥ， 其 中 有 些 材 料 已 商 品 化 ，特 别 是 某 些 Ｓ Ｍ 易于 制 成 薄 膜 、 Ｍ
(智能材料与结构系统)第2章智能材料
智能材料与结构系统第2章：智能材料智能材料是指具有感知、响应和控制功能的材料。
这种材料可以根据外部环境的变化自主地进行响应和调节，以实现特定的功能和效果。
智能材料的开发和应用在多个领域都具有重要的意义，包括机械工程、电子工程、生物医学等。
2.1智能材料的分类2.1.1智能材料的动作响应方式智能材料的动作响应方式可以分为主动式和被动式两种。
•主动式响应：这种材料具有自发性地响应外界刺激的能力，可以主动地产生形变或力学反应。
常见的主动式智能材料包括压电材料、形状记忆合金等。
•被动式响应：这种材料需要外部刺激才能发生变化,比如温度变化、光线变化等。
常见的被动式智能材料包括热敏材料和光敏材料等。
2.12智能材料的功能分类智能材料根据其功能可以分为感应与控制、调节与适应、传感与信号处理等。
•感应与控制：这类智能材料能够感知外界刺激，并通过自身的响应产生相应的动作。
例如，压电材料可以通过施加电压产生形变，而形状记忆合金则能根据温度变化自行恢复到其原始形状。
•调节与适应：这类智能材料能够通过自身的调节来适应外界环境的变化，从而保持一定的性能和功能。
例如，热敏材料可以根据温度变化自行调整其导电性能。
•传感与信号处理：这类智能材料能够感知外界的信息，并将其转化为输出信号进行处理。
例如，光敏材料可以感知光线的强度和波长，并将其转化为电信号进行处理。
2.2智能材料的应用领域智能材料的应用领域非常广泛，下面列举了一些常见的应用。
2.2.1机械工程领域在机械工程领域，智能材料常用于制造机械传动系统、控制系统^运动控制装置等。
例如，压电材料可以用于制造振动传感器和声波发生器，从而实现智能控制。
2.2.2电子工程领域在电子工程领域，智能材料常用于制造传感器、开关和执行器等。
例如，光敏材料可以用于制造光电开关和光电传感器,从而实现自动控制。
2.2.3生物医学领域在生物医学领域，智能材料有很多应用。
例如，形状记忆合金可以用于制造支架和植入物，从而实现自主调节和修复功能。
从智能材料到智能结构
从智能材料到智能结构智能材料和智能结构是当今材料科学和工程中备受关注的研究领域。
与传统的材料相比，智能材料具有响应外界刺激的能力，可以在许多重要应用中发挥重要作用，如医学、航空航天、建筑和能源等领域。
智能结构则是基于智能材料的基础上设计出的具有特定响应和调控能力的结构，其形态和性能可以随外界环境变化而变化，可以在各种工程领域中得到广泛应用。
一、智能材料的分类和应用1. 一般性质智能材料具有多种特性，如形状记忆、失稳、电、磁、热响应等。
智能材料的运动机理通常是通过内部结构的微观调整实现的，这一调整可以依靠许多方法，如电子结构的调整、化学制备的改变等。
智能材料具有多种实际应用，如传感器、装置、控制系统以及卫星开展研究和应用等。
2. 分类智能材料的常见种类包括形状记忆材料、电致变材料、电阻变材料、磁致变材料、储能材料、陶瓷基复合材料、有机液晶等。
3.应用智能材料的具体应用包括，但不仅限于以下几个领域：(1) 医疗领域：智能材料可以制成内置在植入物内的材料，例如，内置在生物材料或结构内部的医疗装置，如人工心脏瓣膜、人工骨髓等，继而帮助医生进行手术操作。
(2) 航空航天领域：智能材料能够从外界反应器中获取电子信号，并能够产生一定程度的反应，例如控制引擎加速、推进无人机机翼的调整，是航空航天应用智能材料的重要方向。
(3) 建筑领域：智能材料可以用于制造能够自动调节温度和湿度的建筑材料，方便用户创建更加舒适的室内环境，对于改善现代社会的工作和生活非常有益。
二、智能结构的概念和特性1. 定义智能结构是指一种具有响应外界刺激和能够进行结构自适应调整的结构。
智能结构通常是由一个智能材料体构成的，具备与周围环境互动的能力，并能对环境进行自主调整的材料体。
2. 特性智能结构的特点有以下几点：(1) 响应性：智能结构在受到外界刺激时具有相应的响应，包括机械、电、热等方面的响应。
(2) 多功能性：智能结构的设计可以使其具备多种不同的功能，例如自传感、自修补等。
(智能材料与结构系统)第2章智能材料
(智能材料与结构系统)第2章智能材料1. 引言智能材料是一种能够响应外部刺激并改变其物理性质的材料。
它具有智能感知、自适应调节和灵活响应等特点，在许多领域都有着广泛的应用。
本章将介绍智能材料的概念、分类和应用等内容。
2. 智能材料的概念智能材料是指能够基于外部刺激作出一定响应的材料。
这种响应可以是物理性质的改变，如形状、颜色、光学特性等，也可以是化学性质的改变，如溶解度、反应速率等。
智能材料可以感知环境变化或接收控制信号，并作出相应的动作。
智能材料可以分为两类：一类是被动响应型智能材料，另一类是主动响应型智能材料。
被动响应型智能材料是指在外界刺激下发生物理性质的变化，如热敏材料、压敏材料等。
主动响应型智能材料是指能够根据外界刺激主动改变其物理性质的材料，如形状记忆合金、光敏材料等。
3. 智能材料的分类智能材料可以根据其响应机制进行分类。
常见的智能材料分类包括形状记忆材料、光敏材料、热敏材料、电致变色材料等。
3.1 形状记忆材料形状记忆材料是一类能够在外界刺激下恢复其原始形状的材料。
形状记忆效应是指材料在经历过塑性变形后能够回复到其原始形状的能力。
常见的形状记忆材料包括形状记忆合金和形状记忆聚合物等。
3.2 光敏材料光敏材料是能够对光信号做出响应的材料。
光敏材料可以根据光信号的不同强度、波长和频率做出不同的响应。
光敏材料广泛应用于光电子器件、光学器件和光学传感器等领域。
3.3 热敏材料热敏材料是能够对温度变化做出响应的材料。
热敏材料可以根据温度的不同改变其物理性质，如导电性、热导性等。
热敏材料在温度控制、温度传感器等领域有着广泛的应用。
3.4 电致变色材料电致变色材料是能够在受到电场刺激时改变其颜色的材料。
电致变色材料广泛应用于智能窗户、显示器件和光学涂层等领域。
4. 智能材料的应用智能材料在许多领域都有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：•智能结构：智能材料可以用于构建智能结构，如形状记忆合金用于航空航天领域中的控制杆；光敏材料用于自动调节建筑窗户的透光度。
智能材料与结构专业认识
智能材料与结构专业认识引言智能材料与结构是一门前沿的学科，结合了材料科学和工程学的知识，致力于研究可以感知、响应和适应外界环境变化的材料和结构。
本文将介绍智能材料与结构的基本概念、应用领域以及相关的研究方向。
智能材料的概念和分类智能材料是指具有感知、响应和适应能力的材料，能够根据外界刺激做出相应的变化。
根据材料的响应特性，智能材料可以分为以下几类：1.响应型材料：能够对外界刺激做出机械、热、电、光等方面的响应。
常见的响应型材料包括形状记忆合金、压电材料和磁致伸缩材料等。
2.控制型材料：能够通过外界刺激改变其物理、化学性质从而实现对材料行为的控制。
例如，电致变色材料可以通过电场变色，从透明到不透明。
3.感知型材料：能够感知环境的变化，并将信号转化为可观测的物理量。
典型的感知型材料包括压力敏感材料和湿度敏感材料等。
智能结构的概念和应用领域智能结构是由智能材料构成的具有感知、控制和适应能力的结构。
智能结构可以在受到外界刺激时做出相应的变化，实现结构的自适应和优化。
智能结构在以下领域具有广泛的应用：1.航空航天领域：智能材料与结构可以应用于航空航天器的结构件、舵面控制和振动控制等方面，提高飞行器的性能和安全性。
2.建筑领域：智能材料与结构可以应用于建筑的隔热、噪音控制和自适应结构等方面，提高建筑的舒适性和环境适应性。
3.医疗领域：智能材料与结构可以应用于医疗器械、人工关节和生物传感器等方面，实现医学诊疗的精确度和安全性的提升。
智能材料与结构的研究方向智能材料与结构的研究方向包括但不限于以下几个方面：1.智能材料的设计与合成：研究新型智能材料的合成方法和结构设计，实现材料性能的优化和功能的多样化。
2.智能材料与结构的传感机理研究：探索智能材料与结构的感知机理，深入理解响应机制，为实际应用提供理论基础。
3.智能结构的设计与优化：研究智能结构的优化设计方法和控制策略，提高结构的自适应性和性能。
4.智能材料与结构在特定领域的应用研究：将智能材料与结构应用于具体领域，如航空航天、医疗和建筑等，探索其在实际应用中的效果和潜力。
智能材料和智能结构(2)——混合复合材料
１． ７ｐ ２３ ５ ｌ ＝ ５ ７ｃ ＋ ８ １ （ Ｔ 老 ６ ． 用 ６ 化处理） １． ９ ７． ９ 『 ＝ ８ １ ＋ ７ ９ （ ６ ７ ５ 用Ｔ老化处理 ）
… ●ｌ ’
ｍａｅｉｌＳ ｔｒ ， ＭＭ） 它功能材料 或结构材料相 混合可 生产 出智 能复 合材料 。 ａ 其 生产 智能复合材料 的一般方法是 将
智 能 记 忆 材 料 集 成 在 单 点 阵或 复 合 基 质 材 料 中 形 成 复合 材 料 。 界 环 境 的 变 化 可 感 应 其 静 态 和 动 态 性 质 的 增 外 强 ，引 起 材 料 结 构 间 的 相 互 作 用 ，具 有 重 要 的工 程 应 用 。例 如 ，聚 合物 网 格 形 状 记 忆 复 合 材 料 的 应 用 范 围 包 括 ：形 状 和 位 置 控 制 、在 动 态 负 荷 下 材 料 振 动 和 声 传 递 的 有 源 和 无 源 控 制 、冲 击 损 伤 和 结 构 断 裂 控 制 。本 文 重 点研 究 了 基 于 Ｓ ＭＭ 的 智 能 复 合 材 料 的 设 计 、 制 造 、特 性 和 应 用 。
关键词 ：智能记忆材料 ；形状记忆 复合材料 ；智能系统 ；多值响应 中图分类号 ：ＴＢ ８ ３１ 文献标识 码 ：Ａ 文章编号 ：０ ６ ８ Ｘ（０ ）０ ０ ６ ６ １ ０ —８ ３ ２ １ １ －０ ０ —０ ０
史永基 曹慧敏 刘刚 田 叶芳
一
、
引 言
智 能 材 料 和 智 能 结 构 自 １９ ９ ８年 问世 以 来 受 到 世 界 范 围 的广 泛 注 意 ［。将 智 能 记 忆 材 料 （ ｍａ ｍｏｙ １ 】 Ｓ ｒ ｍｅ ｒ ｔ
智能材料与智能结构讲
政策支持
各国政府对智能材料和智能结构 的研发和应用给予政策支持，鼓 励企业加大投入，推动产业发展。
THANKS
感谢观看
02
自适应结构的特性包括自适应性、自修复性和自优 化性等。
03
自适应结构的应用领域包括航空航天、汽车、建筑 和机器人等。
智能复合材料结构
智能复合材料结构是指由两种或两种以上材料组成，并具有感知、响应和 自适应等智能特性的结构。
智能复合材料结构的特性包括传感性、驱动性、信息处理和自适应性等。
智能复合材料结构的应用领域包括航空航天、汽车、船舶和土木工程等。
药物控制释放
智能药物载体能够在特定环境下按需 释放药物，提高治疗效果并降低副作
用。
个性化医疗
利用智能材料制成的生物传感器可实 时监测患者的生理参数，为个性化治 疗提供依据。
生物医学诊断
智能材料能够用于生物标志物的检测 和识别，为疾病诊断提供快速、准确 的方法。
在建筑领域的应用
总结词
智能材料与智能结构在建筑 领域的应用主要涉及结构健 康监测、节能减排和灾害防 控等方面。
仿生结构
01
仿生结构是指模仿生物体的形态、结构和功能等特性而设计的 结构。
02
仿生结构的特性包括生物相容性、生物可降解性和仿生功能性
等。
仿生结构的应用领域包括医疗器械、生物工程和机器人等。
03
柔性可展开结构
01 柔性可展开结构是指能够在弯曲的表面上展开并 形成所需形状和尺寸的结构。
02 柔性可展开结构的特性包括轻质、高强、可折叠 和自适应性等。
压电材料
总结词
压电材料是指在外加压力的作用下，能够产生电压的智能材 料。
详细描述
智能材料与结构
• 该材料具有模仿生物体的自增值性、自 修复性、自诊断性、自学习性和环境适 应性。将具有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。它是一个类似于人体的神经、肌 肉、大脑和骨骼组成的系统，而基体材 料就相当于人体的骨骼。
5
• 而智能材料是能够感知环境变化，通过 自我判断和结论，实现和执行指令的新 型材料。智能材料的研究就是将信息与 控制融入材料本身的物性和功能之中， 其研究成果波及了信息、电子、生命科 学、宇宙、海洋科学技术等领域。它的 研究开发孕育着新一代的技术革命。智 能化将成为21世纪高分子材料的重要发 展方向之一。
16
• （1 ）提高驱动元件本身的性能，满足上 述六条要求； • （2） 改善驱动元件的激励方法； • （3） 研究多种激励元件组合使用的方法， 达到取长补短的目的； • （4） 研究新型的复合驱动元件； • （5 ）研究驱动元件在材料中的布置方案。
17
• 传感器、致动器和控制器是智能结构的 重要部分。传感器要求有高度感受结构 力学状态的能力，在振动系统中即能把 位移、速度或加速度等信号转换成电信 号输出，它直接反应实时的振动状态， 所以它必须有足够的可靠性、敏感性和 较高的反应速度，以便能迅速、准确地 得到振动信息；另外，还要求其具有体 积小，易于集成的特点。
9
• 无机非金属系智能材料的初步智能性是 考虑局部可吸收外力以防止材料整体变 坏。目前此类智能材料在电流变流体、 压电陶瓷光质变色和电质变色材料等方 面发展较快。 • 高分子系智能材料的范围很广泛。作为 智能材料的刺激响应性高分子凝胶的研 究和开发非常活跃，其次还有智能高分 子膜材、智能高分子粘合剂、智能型药 物释放体系和智能高分子基复合材料等。 • 根据结构来分，智能材料结构可以分成 10 两种类型，分述如下：
智能材料与智能结构
智能材料与智能结构随着科技的不断进步，科学家们走出了一条发展智能材料与智能结构的新路。
智能材料和智能结构是现代科技的重要组成部分，它们可以通过独特的特性和特定的设计让一些看似不可能完成的工程成为现实。
一、智能材料的新进展智能材料是为特定任务开发而设计的一种高科技材料。
它们通过各种物理、化学、生物等因素的相互作用，实现了各种自动化功能。
这些功能包括变形、可感知、自适应、自修复等。
智能材料可以应用于机器制造、生命科学、移动设备、汽车等许多领域。
近年来，智能材料的技术不断发展。
作为智能材料的代表之一，DNA 水凝胶可以帮助设计出精准的纳米结构。
科技公司 Cytiva 正在开发一种具有记忆功能的 DNA 水凝胶，这种水凝胶可以通过受到的压力和温度的变化来改变其形状。
“神经元传感器”是另一种智能材料。
这种材料可以自主感知和响应外部压力，就像人类的神经元一样。
它可以应用于医疗和机器制造领域。
二、智能结构提高了建筑物的安全性智能结构是一种可以自主感知和响应外部变化的结构体系。
它可以通过集中控制和自我修复来保持它的稳定性，从而提高建筑物的安全性和稳定性。
在地震等自然灾害的情况下，智能结构可以自动迅速地进行反应，从而有效地保障建筑的安全。
智能结构的应用范围非常广泛。
在建筑领域，智能结构可以帮助我们开发更加稳定的建筑物。
在航空业，智能结构可以帮助我们开发更加安全和节能的飞行器。
在天文学领域，智能结构可以帮助我们更好地研究太空环境。
值得一提的是，智能结构还可以用于创造具有令人惊叹的美学价值的建筑。
例如，南澳大利亚芭蕾舞团剧院就是一个非常好的例子。
这个建筑物采用了智能结构技术，使得建筑物的外观可以自主改变，创造出美妙的视觉效果。
三、智能材料和智能结构的联合应用智能材料和智能结构的联合应用可以带来更加令人惊叹的效果。
例如，南澳大利亚芭蕾舞团剧院就是一个非常好的例子。
这个建筑物采用了智能材料和智能结构技术，使得整个建筑物可以自主改变，创造出美妙的视觉效果。
智能材料系统与结构
智能材料系统和结构介绍摘要人类总是把自然作为工程的灵感，不论是在设计还是在执行上。
在智能材料系统与结构领域的构思上，其发展也不例外。
Zuk和Clark在《动力学体系》一书中写道：“生命本身是一种运动，从单个细胞到最复杂的组织——人类……正是运动、灵活、变化、适应这些特性将生命体置于比静态物质更高的进化程度上。
事实上，这些生物的生存依赖于它们的运动能力：自我强健，自我医疗，自我繁殖，适应变化和适应环境……”创造一种更高级的材料系统和结构，使它具有感知、激励、控制和智能这些“生命”功能，这种构思鼓舞和激励了在这个新领域努力的开始。
本文包括了关于智能材料系统与结构的一些较早的描述，并且介绍了与智能系统相关的各种概念、定义和分类。
本文对智能材料系统领域中应用的一些驱动和传感材料作了简单的调查，并以此来举例说明已取得的进步和研究中的构想。
引言“智能的”、“灵巧的”、“感知的”、“适应的”和许多其它的术语都用来描述或对材料和结构分类，这些材料和结构拥有它们自己的传感器、驱动器和计算控制能力或硬件。
一个已提出的智能材料的定义是：具有固有的或完整的智能性，能对外加负载或外界环境等外界激励产生自适应的材料。
这种材料的控制或智能是通过材料组成、加工处理、缺陷和微观结构来决定的，或者是适应不同等级激励的控制方式来实现的。
智能结构可能简单的由智能材料系统构筑而成，组成驱动器、传感器和一些更为离散的智能结构。
绝大部分早期的“灵巧材料”主要为嵌入式或分布式的压力和温度传感器。
但是，目前在材料、驱动器、传感器和控制器领域，智能材料系统的复杂性和效用每月都在迅速发展。
虽然智能材料系统和结构的观念可以应用到建筑、堤坝、桥梁、管道、船舶和各种运载工具的设计和落实上，但是目前的研究主要还是面向先进航空器、发射器和大型太空平台等航空航天领域的潜在应用。
为了对相关学科的概念和差异有所理解，这里提出两个明确的定义。
第一个定义是来自于Wada,Fanson和Crawley的一篇文章(1990)，在这篇文章中他们试图建立一个框架来对结构系统分类。
《智能材料与结构》课件
智能结构
1
传感器及其应用
传感器是用于检测和测量环境参数的智能材料，广泛应用于自动化、医疗和环境 监测领域。
2
智能材料在结构控制中的应用
智能材料在主动控制和从动控制中都发挥着重要作用，为结构提供更优异的性能 和响应。
智能材料与结构的发展
1 国内外发展状况
智能材料与结构领域在全球范围内得到了广 泛的研究和应用，中国也在该领域取得了重 要突破。
《智能材料与结构》PPT 课件
# 智能材料与结构
智能材料与结构是一个令人着迷的领域，通过使用具有特殊特性的材料和创 新的结构设计，我们可以开创全新的科技应用和解决方案。
定义及概述
智能材料的定义
智能材料是一种能够对外界环境作出反应并具备适应性的材料。
智能材料的分类
智能材料分为压电材料、形状记忆合金和智能聚合物等不同类型。
智能结构的概念
智能结构是将智能材料与工程结构相结合，实现更高级的功能和性能。
智能材料
压电材料
压电材料表现出压电效应，可 以转化机械能和电能之间的相 互转化。
形状记忆合金
形状记忆合金可以根据温度和 应力变化改变其形状，适用于 许多工艺和医疗应用。
智能聚合物
智能聚合物具有响应温度、pH 值和光照等外界刺激的特性， 可广泛应用于传感和控制系统。
2 发展趋势与展望
智能材料与结构将继续深入研智能材料与结构的意义
智能材料与结构的发展将推动科技和工程领域的创 新，为社会带来更安全、高效和可持续的解决方案。
继续探索智能材料与结构的发展可能性
我们应该继续深入研究智能材料与结构的潜力，探 索更多新的应用领域，为未来做出更多贡献。
智能材料与结构
智能材料与结构引言智能材料与结构是一种结合了材料科学和工程学的新兴领域，它致力于开发能够感知环境并做出相应响应的材料和结构。
这种材料和结构可以根据外部刺激进行形变、颜色变化、温度变化等，从而实现智能化的功能。
在本文中，我们将探讨智能材料与结构的基本概念、应用领域以及未来发展趋势。
智能材料的基本概念智能材料是指具有感知、响应和控制功能的材料，它可以根据外部环境的变化做出相应的反应。
智能材料可以分为多种类型，包括形状记忆合金、压电材料、磁致伸缩材料、光敏材料等。
这些材料在受到外部刺激时，可以产生形变、颜色变化、声音发出等不同的响应，从而实现智能化的功能。
智能结构的基本概念智能结构是指利用智能材料构建的具有感知、响应和控制功能的结构。
智能结构可以根据外部环境的变化做出相应的调整，从而实现自适应和自修复的功能。
智能结构广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域，为这些领域的发展带来了新的机遇和挑战。
智能材料与结构的应用领域智能材料与结构在诸多领域都有着广泛的应用，其中包括但不限于以下几个方面：1. 航空航天领域：智能材料与结构可以用于飞机的机翼、机身等部件，实现轻量化和自适应功能，提高飞行性能和安全性。
2. 汽车领域：智能材料与结构可以用于汽车的车身、发动机等部件，实现节能减排和安全性能的提升。
3. 建筑领域：智能材料与结构可以用于建筑的墙体、屋顶等部件，实现节能环保和自适应功能，提高建筑的舒适性和可持续性。
4. 医疗领域：智能材料与结构可以用于医疗器械、假肢等产品，实现功能性和舒适性的提升，改善患者的生活质量。
未来发展趋势随着科学技术的不断进步，智能材料与结构领域也在不断发展和创新。
未来，智能材料与结构有望在以下几个方面取得进展：1. 多功能性：未来的智能材料与结构将具有更多的功能，可以实现多种响应和控制，从而满足不同领域的需求。
2. 高性能：未来的智能材料与结构将具有更高的性能，可以实现更大的形变、更快的响应速度等，从而提高产品的竞争力。
智能材料与结构
智能材料与结构引言智能材料与结构是近年来日益受到关注的研究领域，它涵盖了材料科学、机械工程、电子工程等多个学科的交叉。
智能材料与结构的研究旨在开发具有响应性能的材料和结构，以适应不同环境条件的变化，并能够完成预定的功能。
智能材料的分类智能材料按照其响应特性可以分为多种类型，包括形状记忆材料、压电材料、磁敏材料等等。
其中，形状记忆材料是一种能够根据外界刺激发生形状改变的材料，在医疗领域和航天领域有着广泛的应用。
压电材料是一类能够在施加电场或机械应力时表现出机械变形的材料，其在传感器和执行器等领域有着重要的应用。
磁敏材料则是能够对外界磁场产生响应的材料，其应用范围涵盖了电子器件、磁传感器等领域。
智能结构的应用智能结构是指利用智能材料构造的具有响应性能的结构，可以根据外界刺激发生形状或性能的改变。
智能结构的应用非常广泛，例如在航空航天领域，智能结构可以用于改善飞机的气动性能和减轻飞机重量。
此外，智能结构也被应用于建筑领域，用于改善建筑物的抗震性能和节能性能。
在医疗领域，智能结构可以用于设计和制造人工器官和医疗器械等。
智能材料与结构的开发智能材料与结构的开发涉及到多个方面的研究和技术。
首先，需要对智能材料的性能和响应机制进行深入的理解和研究。
其次，需要开发适用于智能结构的制备工艺和加工技术。
例如，对于形状记忆材料，需要开发具有形状记忆效应的合金材料，并研究其相变机制。
对于压电材料，需要开发制备优质压电薄膜的技术，并实现对薄膜的可控加工。
此外，还需要关注智能材料与结构在不同环境条件下的稳定性和可靠性，以确保其在实际应用中的可靠性和安全性。
智能材料与结构的展望智能材料与结构的研究和应用在未来有着广阔的发展前景。
随着人们对功能性材料和结构需求的不断增加，智能材料与结构将在诸多领域得到更广泛的应用。
例如，在智能家居领域，智能材料与结构可以用于设计和制造智能家居设备，提升居民的生活质量。
在交通运输领域，智能材料与结构可以用于改善车辆的安全性能和减少能源消耗。
智能材料与智能结构讲稿分析
智能材料的构成
• 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： （1）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。一般基体材 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（包括 压力、应力、温度、电磁场、PH值等）。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 在一定条件下驱动材料可产生较大的应变和应力，它担负着响应 和控制的任务。常用有效驱动材料如形状记忆材料、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，显然起到了身兼二职的作用。 （参见p5表1-1，p6图1-4） （4）信息处理材料 包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。
17
智能材料的分类
按来源来分，智能材料可以分为金属系智能材料、无机非 金属系智能材料和高分子系智能材料： 1.金属系智能材料 ：形状记忆合金 ；形状记忆复合材料
2.无机非金属系智能材料 ：电流变体；压电陶瓷；光致变色 材料；电致变色材料 3.高分子系智能材料 ：刺激响应性高分子凝胶；智能高分子 膜材；智能高分子粘合剂 ；智能型药物释放体系 ； 智能 高分子基复合材料
21
已发现的记忆合金
已研制成几十种有“记忆”能力的合金：
人的记忆与金属的记忆
• 经历某一事件，在脑海里留下了印象 再看一看这种金属：初始形状——另外一种形状 (低温)——（刺激：热、应力）——初始形状
20
记忆合金的发现
• 在1962年，在美国海军研究所军械研究室里，几个专家正致力于一种 新型武器的研究。在加工、制作一个部件时，冶金学家比勒需要一些 镍钛合金丝。于是他命令助手去取一些来。助手遵命来到仓库，只见 仓库内所有的镍钛合金都是弯弯曲曲的，没有一根是直的。助手把一 根根镍钛合金拉直，交给比勒。比勒顺手把它们放在搁板上。几天后， 当比勒需要这些镍钛合金丝时，他惊奇地发现，这些合金丝又变成弯 弯曲曲的样子了。他又叫助手把镍钛合金拉直，然后再将它们放在原 来的地方。一段时间后，这些合金又鬼使神差般地变成了曲线状。 “这是怎么回事呢?”比勒对放置合金丝的周围环境进行认真的观察， 证实周围没有存放特殊的化学物质，也不存在电场或磁场。 • 最后，比勒发现放置镍钛合金丝的地方特别热。原来，在搁板下有一 根蒸汽管道通过。比勒马上着手做了一个试验：将一根笔直的镍钻合 金放在酒精灯上方，慢慢地加热。不一会儿，奇迹果然出现了：这根 合金丝恢复了弯弯曲曲的样子!
智能材料和智能结构(3)——智能结构的设计、控制和探测
较高的水准考虑到控制问题 。从控制系统的观 点，波前传感器的设计应解决两个基本 问题：可控制性 、可观 察 性 问题和子孔径位 置最佳化 问题 。 １ 、可控制性和可观 察性分析
（ ）系 统 模 型 １
建立 自适应光 学系 统输入／ 输出模 型常用 的方
法 是 影 响 函数 法 【。 图 ｌ 自适 应 光 学 系 统 框 图 。 １ 】 是
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一
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引 言
一
般说来，智能结构 是指 一种具有确定 目的和意志 的非生物结构 ，该研究领域起始于上个世纪 ８ ０年代，
当时是将雷达天 线集 成到军事 飞机 的表层 ，称 为智 能皮层 ，后来将智 能皮层 的概念扩大到整个结构 ，称为智能 结构。实现智能结构的技术包括材料设计 、高等执行和传感技术、 白适应计算机算法和能量利用最佳化。智能
式 中 ，Ｓ是波 前 传 感 器 算 符 。 常 用 的 波 前传 感 器 是 剪 切 干 涉 仪 和 Ｈ ｒ ｎ ．ｈ ｃ 传 感 ａｔ ｎＳ ａｋ ｍａ
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Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｖｅ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｒｅ ｉｗ
综 不ｊ 术
智能材料和智能结构 （） ３
摘要 ：智能结构是当代最具挑战性、最活跃 的新研 究领域之 一。智能结构技术包括材料设计 、高等执行和
传感技术 、自适应计算机算法和能量利用最佳 化。智能结构 的应用 范围从 空间飞 行器和飞机到大型 民用建
传 感 器世 界 ２１ ． ０ ０１ １
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具有自适应控制功能的智能材料研究
具有自适应控制功能的智能材料研究智能材料是一种先进的材料，其具有自适应控制功能，可以对外界环境作出智能响应。
它们还能够自主修复并具有较强的可塑性。
这种材料在现代工业中有很多应用前景。
因此，具有自适应控制功能的智能材料研究备受关注。
一、智能材料的分类智能材料一般可分为以下四类：1. 压电材料：这种材料可以在受到电场作用下产生机械位移。
由于其具有高灵敏度、快速动态响应和可控性强等特点，在声学和仪器控制方面有着广泛的应用。
2. 形状记忆合金（SMA）: SMA是一种能够在温度变化或受到外力作用下，恢复原有形状的合金材料。
它具有很强的可塑性和弹性回弹性，可以制成小型的执行器，用于实现柔性机器人和智能结构工程的自适应控制。
3. 智能高分子材料：这种材料可以根据外界环境的变化而改变自身的形状、性质等，如溶剂、温度、电场、光、力等。
智能高分子具有响应时间短、能量转换效率高、自主修复等特点，可用于制作光电器件等。
4. 磁敏材料：这种材料可以在磁场中产生位移和振动，具有高精度、高速度和多自由度的特点。
它广泛应用于医学、微纳加工、光学、精密定位等领域。
二、智能材料的应用1. 智能结构：智能材料可以被制成各种形态的结构，如智能伸缩梁、智能构造梁等，广泛应用于航天、航空、工程等领域。
例如，智能伸缩梁可以自适应地跟随气动负载变化，提供足够的支持力，减少结构应力，延长结构寿命。
2. 智能传感器：智能材料可以被用作传感器，实现对物理量的测量、信号的转换和信号的输出。
例如，在航空、机械等领域中，智能材料可以被用作温度、压力、振动等各种传感器。
3. 智能执行器：智能材料可以被用作执行器，实现运动的控制。
例如，形状记忆合金被用于控制机械臂、微机械系统、纳米机器人的运动。
4. 智能医疗：智能材料可以被用于医疗领域，如智能药物、智能人工关节、智能支架、智能缝合线等。
三、智能材料的研究进展智能材料具有广泛的应用前景，其研究不断向前发展。
智能材料与结构专业基础设置
智能材料与结构专业基础设置一、引言智能材料与结构是一门跨学科的技术领域，它涉及材料、机械、电子以及计算机科学等多个学科的知识。
通过融合智能材料和结构的设计和应用，可以实现对物理、化学和机械特性的优化，进而创造出具有智能功能的先进产品。
本文档将介绍智能材料与结构专业的基础设置，包括学科内容、培养目标以及课程设置等方面的内容。
二、学科内容智能材料与结构专业的学科内容涵盖以下几个方面：1.智能材料的基本概念和分类：介绍智能材料的定义、特性以及常见的分类，包括形状记忆合金、电致变色材料等。
2.材料结构与性能关联分析：探讨材料的结构对性能的影响，并介绍相关分析方法，如X射线衍射、扫描电子显微镜等。
3.智能材料的制备与处理技术：介绍常见的智能材料制备方法，如化学气相沉积、溶胶凝胶法等，以及材料的表面处理技术。
4.智能结构的设计与优化：介绍智能结构的设计原理和方法，并探讨如何通过优化设计来提高结构的性能。
5.智能材料与结构的应用：介绍智能材料与结构在各个领域的应用，包括航空航天、汽车工程、生物医学等。
三、培养目标智能材料与结构专业的培养目标包括以下几个方面：1.培养学生具备扎实的基础理论知识和实践能力，能够独立进行科学研究和技术开发。
2.培养学生具备良好的工程实践能力，能够设计、制造和测试智能材料和结构。
3.培养学生具备团队合作和沟通能力，能够在跨学科的环境中协同工作。
4.培养学生具备创新思维和问题解决能力，能够解决实际工程和科学问题。
四、课程设置智能材料与结构专业的课程设置主要包括以下几个方面：1.基础理论课程：智能材料与结构的基本概念、原理和基础知识。
2.实验课程：智能材料与结构的实验室实践，包括材料制备、测试和分析等。
3.应用课程：智能材料与结构在不同领域的应用案例和工程实践。
4.专业选修课程：根据学生的个人兴趣和发展方向选择相关的课程，如智能机器人技术、智能传感器等。
五、结语智能材料与结构专业是一门涉及多个学科和技术领域的前沿学科。
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智能材料(Smart Materils 或者Intelligent Material System) 是20 世纪80 年代中期提出的概念。
智能材料是模仿生命系统,能感知环境变化并能实时地改变自身的一种或多种性能参数,作出所期望的能与变化后的环境相适应的复合材料或材料的复合。
智能材料是一种集材料与结构、智能处理、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。
磁流变液
电流变体
压电材料、
形状记忆合金
磁致伸缩材料
电致伸缩材料
光纤材料
聚合物胶体
形状记忆聚合物(SMP)
疲劳寿命丝（箔）
磁流变体：通常由以下三种成分组成：
（1）具有高磁导率、低矫顽力的微小磁性微粒，如铁钴合金、铁镍合金、羰基铁等软磁材料。
由Jolly 和Ginder等人[4]建立的磁流变液理论剪切屈服强度的计算公式可知，磁流变液的极限剪切屈服强度与磁性颗粒的饱和磁化强度的平方成正比。
（2）母液，又称溶媒，是磁性微粒悬浮的载体。
为了保证磁流变液具有稳定的理化特性，母液应具有低粘度、高沸点、低凝固点、较高密度和极高“击穿磁场”等特性。
目前，较为常用的母液是硅油。
另外，一些高沸点的合成油、水以及优质煤油等也可作为磁流变液的母液；
（3）表面活性剂，其主要作用是包覆磁性微粒并阻止其相互聚集而产生凝聚，减少或消除沉降。
功能：
这种材料具有4种主要功能:(1)对环境参数的敏感;(2)对敏感信息的传输;(3)对敏感信息的分析、判断;(4)智能反应。
具体的有：
传感功能
反馈功能
信息识别与积累功能
相应功能
自诊断功能
自修复功能
自调节功能
智能结构( Intelligent Construction)是将驱动器、传感器、乃至处理器等微电子元器件集成在复合材料之中而成型的结构它对所处环境，具有主动感知和主动响应的功能。
智能结构是在智能材料的基础上提出的,是当前结构设计与结构力学方面正在迅速发展的一种崭新领域,也称为自适应结构。
智能结构就是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。
从结构方面,就是把具有特殊力学性能和物理性能的形状记忆合金、压电陶瓷、压电晶体、磁致变体、电致变体及流变体等复合在构件中(或埋在复合材料中) ,组成构件的受感元件和动作元件,再配上微处理器,便成为智能的材料结构,来自动适应结构的一些特殊要求。
智能结构有个基本系统, 即驱动、传感、处理和结构系统, 这四个系统分别扩展, 相互交叉, 组合成各种结构形式。
智能结构分类:
智能结构主要在复合材料的零部件中埋入或在其表面安装上传感元件、动作元件等;
智能结构是直接由智能材料制成的零部件。
按电子元器件及其材料分类如压电传感结构, 压电驱动结构, 电致磁致结构, 形状记忆合金传感、驱动结构, 电流变体驱动结构, 光纤传感结构等。
按结构功能分类如自传感结构, 自驱动结构, 自诊断结构, 寿命监视结构, 形状记忆结构, 振动抑制结构等。
按结构与关键电子元器件组合分类：
结构系统
驱动系统
传感系统
控制系统
自适应驱动结构
自适应传感结构
处理系统自驱动结构
自传感结构机敏结构
磁流变减振器：以磁流变体这种新型的智能材料作为减振器的工作液，并在减振器的活塞轴上缠绕电磁线圈，线圈产生的磁场作用于磁流变液，通过控制电磁线圈电流的大小来调整磁场强度进而改变磁流变液的粘度，实现阻尼可调的目的。
根据磁流变液在减振器中的受力状态和流动形式的不同，磁流变减振器可分为流动模式（Flow Mode）、剪切模式(Shear Mode)、压缩模式(Squeeze Mode)以及这三种基本模式的任意组合。
智能材料与结构应用：
航空航天飞行器
建筑和工程结构
医疗
机器人
日常生活。