智能材料系统与结构(杜善义等著)思维导图
智能化弱电工程管理人员应有的思维结构(附思维导图)
智能化弱电工程管理人员应有的思维结构想来想去，专栏还是从本文开篇吧，为大家阐述一下智能化弱电工程人员尤其是管理人员应有的思维结构。
一般来说，初入行的新人是不具备这样的思维结构的，毕竟是刚开始接触，什么都不熟悉，经验与见识不足，思维的高度和整体性都存在问题。
犹如即时战略游戏开篇探索地图，任凭你再聪明再有悟性，但见识有限，无法对未知的知识领域进行思考。
新手存在的问题就是见识与经验不足，未探索领域太大。
无法对未知领域进行思考，所以新手带项目很容易犯错。
我们开车都有这样的体会，风雨都不怕，谨慎一点就行了。
但是怕团雾，因为雾限制了我们的视野，让我们看不到障碍和危险，如果不能提前规避风险，再谨慎也无济于事。
做项目也是一样，超出我们认知的风险是无法回避的。
所以新人带项目经常会掉坑，不是他不努力，而是他实在是不晓得坑在哪里或者什么是坑。
但是一旦从事弱电行业久了，见识的多了，地图基本就算探索完毕了，那么此时会面临第二层次的问题：如何将见识和经验串联在一起，形成自己的知识体系。
.比如在项目中，业主要求我们在某个房间再增加几台摄像机，我们会如何考虑？1、好的，既然业主说了，那我们马上就去加。
2、增加的摄像机是做什么用途的，像素多少，用枪机还是用球机，是否要有智能分析功能，夜视功能作何要求，是否要和其他系统联动。
3、加摄像机可以，但业主要给我们出签证或者会议纪要，便于我们做工程变更。
4、查一下招标文件和合同，是否可以变更（有些合同会约定不允许任何变更）。
贸然增加会给后期工程款计量和审计增加麻烦。
5、这几台摄像机如何接入系统，本区域的接入交换机端口还够不够，不够的话还要增加交换机。
6、布线也要增加，要增加走线管，墙面开槽修补，通过线管进入桥架，桥架的空间是否还足够。
7、施工队也要去谈，额外的工程量，他们要加钱的。
这些都是成本的增加。
8、存储的空间是否足够，本来设计的硬盘是刚好满足90天的存储要求的，这样一来还要增加硬盘。
薄膜材料第三节智能薄膜材料演示文稿
Ti-Ni形状记忆合金制造的人造卫星天线
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形状记忆合金： 具有形状记忆效应的金属，通常是由2种以上的金
属元素构成的合金，故称为形状记忆合金(Shape Memory Alloys，简称SMA)。
形状记忆合金的发现：
20世纪60年代初，美国马里兰州海军军械研究所的科学 家比勒，用镍钛合金丝做试验。这些合金丝弯弯曲曲， 为了使用方便，他把这些合金丝弄直了。但是，当他无 意中把合金丝靠近火的时候，奇迹发生了：已经弄直的 合金丝居然完全恢复了它们原来弯弯曲曲的形状。
。
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3.工程应用:紧固件、连接件、密封垫、管件接头等
形状记忆合金用作铆钉的工作原理图
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4.医疗领域应用:牙齿矫形丝、血栓过滤器、动脉瘤 夹、接骨板等（Ti-Ni合金）
支撑性与柔韧性完美协调 的Ti-Ni记忆合金食道支架
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智能材料需具备的内涵： （1）具有感知功能，能够检测并且可以识别外界（或者内部
）的刺激强度，如电、光、热、应力、应变、化学、核辐射 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； （5）当外部刺激消除后，能够迅速恢复到原始状态。
2.在航空上的应用：制造人造卫星天线
Ti-Ni形状记忆合金制造的人造卫星天线
美国宇航局的月面天线计划： 在室温下用形状记忆合金制成抛物面天线，然后把它揉成直径5厘米 以下的小团，放入阿波罗11号的舱内，在月面上经太阳光的照射加热使它
恢复到原来的抛物面形状,从而能用空间有限的火箭舱运送体积庞大的天线
智能材料绪论资料PPT课件
3 国内外研究的开展
• 1984年，美国陆军科研局就旋翼飞行器技术的研究给予赞助，揭开了智能材料与结构 应用研究的序幕；
• 1985年起，美国政府提出了开展智能结构的研究计划，要求航天器具有自适应性； • 1987年起，美国空军将智能结构的研究列如重点资助目录； • 1988年后，美国各大学和航天航空机构的公司、研究所均大量展开智能材料与结构的
其缺点：在于转换电压太 高 ,附加设备多.
电流变体作动原理示意图
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7.3 磁致伸缩材料
磁致伸缩材料在磁场作用下会产生磁畴旋转，从而引起 材料变形和产生驱动力，将磁能转换为机械能。
目前磁致伸缩材料已用于低频高功率声纳传感器、强力 直线型电机、大转矩低速旋转电机和液压机执行器。
优点有：具有位移控制量大；响应速度较快；不存在时间老 化问题 。
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➢ 作动器要求易于集成，并具有对机构状态施加足够影响力的能力；
表3 常用作感器的性能比较
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6.3 对传感器和作动器性能的基本要求
(1) 兼容性要求。传感器和作动器与材料本体结 构的兼容性要好； (2) 稳定性要求。传感器和作动器工作时性能要稳定可靠，同时抗干扰能力相对要好； (3) 响应频带要求。传感器和作动器应具有较快的响应速度和较宽的响应频带； (4) 精度要求。传感器工作时应具有较高的测量精度和灵敏度； (5) 驱动力要求。作动器工作时应能产生足够大的变形和驱动力，同时具有较小的能
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智能结构
(1)智能结构是以智能材料作为传感元件和作动元件，具有感识外界和内部状态与特性 的变化，并能对这些变化的具体特征和原因进行辩识，进而采取相应的控制律，做出 合理响应的一类结构称之为智能结构 。
仿生智能材料ppt课件
智能材料
4 . 智能材料的应用
在军事领域中的应用
智能材料与住宅智能化
与现代医学相联系的智能材料 阅读材料
在军事领域中的应用
（1）智能蒙皮
光纤作为智能传感元件用于飞机机翼的智能蒙皮中， 或者在武器平台的蒙皮中植入传感元件、驱动元件 和微处理控制系统制成的智能蒙皮，可用于预警、 隐身和通信。
包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。
智能材料
如：将光导纤维、形状记忆合金和镓砷化合物半导体 控制电路埋入复合材料中。
光导纤维
半导体控制电路
形状记忆合金
传感元件 (检测结构中的
应变和温度)
控制系统 (根据传感元件的信
息驱动元件动作)
执行元件 (使结构动作
改变性状)
智能材料
识别
分析
判断
行动
智能结构的动作流程图
仿生学是一门生命科学、物质科学、信息 科学、数学和工程技术等学科相互渗透而结合 成的一门边缘科学。
2、生物材料和仿生材料 自然界存在的天然生物材料有着人工材
料无可比拟的优越性能。
生物材料通常有两个定义，一是有生命过 程形成的材料，如结构蛋白（蚕丝等）和 生物矿物（骨、牙、贝壳等），另一个是 指生物医用材料(Biomedical materials), 其定义随医用材料的发展不断发展，指用 于取代、修复活组织的天然或人造材料。
光导纤维传感元件检测结构中的应变和温度形状记忆合金执行元件使结构动作改变性状半导体控制电路控制系统根据传感元件的信息驱动元件动作智能材料编辑ppt智能结构的动作流程图识别分析判断行动驱动元件自适应地改变结构形状刚度位置应力状态固有频率等智能材料编辑ppt智能变色材料由于光电热等外界条件的作用使料内部结构发生变化从而改变材料对光波吸收的特性使材料呈现出不同的颜色
GMAW焊接熔池的流场及其对熔池形状的影响_孙俊生
文章编号:1005-0299(1999)04-0082-05GMAW 焊接熔池的流场及其对熔池形状的影响孙俊生1,魏 星1,李宁洋2(山东工业大学材料学院,山东济南250061;2.山东省交通干部学校,山东济南250000)摘 要:采用数值分析方法研究了GMAW 焊接熔滴为滴状、射流过渡时焊接熔池的流场,分析了流场对熔池形状的影响.实验表明,焊缝尺寸的计算值和实测值吻合良好,建立的数值分析模型可精确地模拟GMAW 焊接熔池的流场,这对控制焊缝成形,提高焊接质量具有重要意义.关键词:GMAW ;熔池;流场;熔池形状中图分类号:TG444 文献标识码:A The fluid flow of G MAW weldpool and its effect on weldpool geometrySUN Jun -sheng 1, WEI Xing 1, LI Ning -yang 2(1.School of Material ,Shandong Universit y of Technology ,Ji ′nan 250061,China ;2.Shandong Transportation Cadre School ,Ji ′nan 250061,China )A bstract :The weldpool fluid flow field is studied by means of numerical simulation when the metal mode is globular or spray transfer and its effect on weldpool geometr y is analyzed .The experiment r esult sho ws that the calculated weld size is in good agreement with the experiment result .The simulation model established can accurately simulate the fluid flow field of the GMAW weldpool .Therefore ,it has great significance in controlling weld geometr y and in -cr easing weld quality .Key words :GMAW ;weldpool ;fluid flow field ;weldpool geometr y 焊接熔池中液态金属的流动状态(流场),对熔池中的冶金反应、结晶方向、晶体结构、焊缝中夹杂物的分布及数量,以及焊接缺陷(气孔和结晶裂纹)的产生均有极其重要的影响.因此,准确定量地分析焊接熔池的流场具有重要的理论意义和实际意义.目前由于实验手段的限制,采用实验方法研究熔池的流场还存在较大的困难,用计算机进行数值模拟是一种有效的手段.近十几年来,国内外学者对GTAW (钨极氩弧焊)焊接熔池流场、温度场的数值模型进行了深入研究,并取得了较大的进展,但对焊接生产中广泛应用的GMAW (熔化极氩弧焊)焊接的研究较少,这是由于GMAW 焊接的熔滴过渡传输给焊接熔池动量、热量和质量,增加了研究的难度.熔滴的动量和质量使熔池表面产生了严重的表面变形,电弧中心线附近熔池表面下凹,而熔池尾部隆起.由于熔池表面变为收稿日期:1998-12-22作者简介:孙俊生(1963-),男,博士,副教授. 第7卷 第4期 材 料 科 学 与 工 艺 Vol .7 No .4 1999年12月 MATERI AL SCIENCE &TECHNOLOGY Dec . 1999复杂曲面,因此高斯热流分布模型已不再适用;同时熔滴热焓量在熔池中的分布模型目前也是人为地设定.因此建立熔池表面变形情况下电弧热流在熔池表面及熔滴热焓量在熔池中的分布模式是对GMAW 焊接熔池温度场、流场进行数值模拟的两个关键问题.本文作者根据电弧作用的物理过程,建立了上述两个模型,其详细内容已在文献[1,2]论述,在此不再讨论.本文利用上述模型,采用数值分析方法研究分析了GMAW 焊接熔滴为滴状过渡、射流过渡时熔池中的流场及其对熔池形状的影响.1 数值分析模型 如图1所示,焊接电弧以恒定速度v 0沿x 方向在工件表面运动,焊丝以一定速度熔化形成熔滴进入熔池,形成焊缝加厚高,并将其能量、动量和质量传输给熔池.熔滴过渡的动量,加上电磁力、浮力和表面张力梯度的作用,使熔池中的液态金属激烈运动.在动坐标系o -xyz 下,描述GMAW 熔池流场和温度场的控制方程为·v =0ρ(v · )v =F b - p +μ 2v ρc p (T )(v · T )= ·[λ(T ) T ]+H w 式中,v 为流速矢量(m /s );ρ为密度(kg /m 3);F b 为体积力[2](N /m 3);p 为压力(Pa );μ为动力粘度系数(kg /m ·s ),c p 为比定压热容(J /kg ·K );T 为温度(K );λ为热导率(W /m ·K ),H w 为熔滴带入熔池的热焓量,其大小根据熔滴的过渡频率ν、熔滴质量m d 、熔滴与熔池液态金属热焓差值ΔH 以及焊丝直径d 和送丝速度v m 由下式计算H w =4νm d ·ΔHπd 2v m ,计算表明,熔滴热焓量分布于熔池最大凹陷处下方的一近似圆锥体内,该圆锥体的体积与焊接规范参数有关,其确定方法见文献[2].采用显热容法处理液固两相区[3].如图1所示,在坐标系o 1xy Υ下,熔池表面变形的控制方程为[1]p a -ρg Υ+p d +λ=-γ(1+Υ2y )Υxx -2Υx Υy Υxy +(1+Υ2x )Υyy (1+Υ2x +Υ2y )3/2(1)式中,p a 、p d 分别表示电弧压力和熔滴冲击压力(N /m 2);g 为重力加速度(9.8m /s 2);λ为待定常数,根据熔池体积守恒确定;γ为表面张力(N /m );Υ为熔池表面形状函数(m ),带下角标的Υ表示Υ对该角标变量的偏导数,如Υxx = 2Υ2x.单道焊时焊缝加厚高面积为A =v m πd 2/4u 0,其几何形状由熔池表面变形方程(1)求出的形状函数Υ(x ,y )确定.边界条件具有如下形式:能量方程的边界条件为-K T ·n b =q s式中,n b 为工件表面的单位法向矢量;q s 为电弧热流密度.当y =0时,q s =0;在焊件上表面,q s 的计算方法见文献[1];在其它表面,q s =α(T -T 0),其中,α为换热系数[1],T 0为环境温度(K ).动量方程的边界条件为-μ( u z ＊z ＊ z ·n b x )= γ T ( T x ·t b x )-μ( v z z ＊z ·n b y )= γ T ( T y ·t b y )(w ·n b )=0其中,u ,v ,w 为流速分量(m /s );z ＊为曲线坐标;n b x 和n b y 分别为n b 在xo z 平面和yoz 平面内的投影,t b x 、t b y 分别表示工件上表面沿x 和y 方向的切向单位矢量.在液固两相区和固体中u =-u 0,v =w =0 熔池表面变形方程(4)的边界条件为Υ(x ,y )=0, T ≤T s 其中T s 为固相线温度(K ).图1 GMAW 焊接示意图Fig .1 Schematic sketch of GMAW welding system·83· 第4期 孙俊生,等:GMAW 焊接熔池的流场及其对熔池形状的影响 2 计算结果与讨论 采用非正交帖体曲线坐标系和有限差分技术,克服了复杂熔池表面形状的描述困难.为了提高计算精度,应用了间距变化的非均匀网格.对低碳钢GMAW 焊接熔池的流场、温度场进行了数值计算,所用试件的尺寸为150mm ×80mm ×6mm ,材料的物理性能参数与文献[1]相同.采用上述计算模型分别计算了熔滴为滴状过渡(焊接电流I =180A )和射流过渡(I =240A )时[4]焊接熔池的流场、温度场.图2为熔滴射流过渡时焊接熔池流场的计算结果,图2(a )、(b )分别为y =0熔池纵向截面和x =0熔池横向截面上液体金属的流速矢量图,图2(c )为射流过渡时焊接熔池流场的示意图.从图2(a )的计算结果可以看出,在焊接熔池中有两个环流,一个在熔池的中部,另一个在熔池的尾部,图2(a )、(b )均表明,在电弧中心线附近,液体金属流向熔池根部.熔池中部环流的形成主要与电磁力、熔滴冲击力的作用有关,在电弧中心线z 轴附近,电磁力、熔滴冲击力的作用方向向下,推着高温的液态金属流向熔池底部,将作用于熔池表面的电弧热带入熔池根部,促使形成指状熔深,所以液体金属的流动是GMAW 产生指状熔深的一个原因.熔池尾部的环流主要是由于熔池表面张力温度梯度引起的,由于表面张力温度梯度通常为负值,所以越靠近电弧中心线的区域,液体金属温度越高,表面张力越低;而在熔池的边界附近,熔池液态金属的温度较低,表面张力较高,因此熔池表面的液态金属就由靠近电弧中心线的区域向熔池边界流动.从图2可以看出,熔滴为射流过渡时,焊接熔池形成了指状熔深,这是由于射流过渡时,电流较大,使得电弧压力提高;熔滴速度增加,使熔滴的冲击力提高;熔池液态金属的流向也把作用于熔池表面的电弧热带到熔池根部,这些因素均导致形成指状熔深.图3表示熔滴为滴状过渡时焊接熔池流场的计算结果.图3(a )、(b )分别为y =0熔池纵向截面和x =0熔池横向截面上液体金属的流速矢量图,图3(c )为滴状过渡时焊接熔池流场的示意图.比较图2、图3可见,滴状过渡时焊接熔池的流场与射流过渡的明显不同.图3(a )表明,滴状过渡 (I =240A ,U =25V ,v 0=430mm /min ,d =1.2mm ,L =16mm )图2 熔滴射流过渡时焊接熔池流场的计算结果(a )y =0m m 纵向截面(b )x =0mm 横向截面(c )流场示意图Fig .2 Predicted fluid flow field in GMA weld pool during spraytransfer时,熔池的流场只有一个环流,此环流的流向不是把电弧热带入熔池根部,而是带到熔池尾部,由图3(b )可见,液态金属的流向也是离开电弧中心线,这样的液态金属流动显然不利于指状熔深的形成.另外滴状过渡时,焊接电流相对较小,电弧压·84· 材 料 科 学 与 工 艺 第7卷力和由熔滴速度决定的熔滴冲击力变小,所以在熔滴为滴状过渡的情况下,形成半圆形熔深,不产生指状熔深.(I =150A ,U =25V ,v 0=430mm /min ,d =1.2mm ,L =16mm )图3 熔滴滴状过渡时焊接熔池流场的计算结果(a )y =0mm 纵向截面(b )x =0m m 横向截面(c )流场示意图Fig .3 Predicted fl uid flow field in GMA weld p ool durin g globulartransfer 综上分析,焊接参数的变化改变了熔滴的过渡形式,熔滴过渡形式的变化极大地影响着熔池中流体流动的方式,而流体的流动方式影响熔池的温度场,温度场决定着熔池和焊缝的几何形状.为了验证本文所建立的数值分析模型的可靠性,进行了焊接工艺实验,测定了焊缝几何尺寸.试件材料、尺寸与数值分析中所采用的相同,即尺寸为150m m ×80mm ×6m m 的低碳钢,焊接电流I 为270A ,电弧电压U 为25V ,焊接速度v 0为430m m /min ,焊丝直径d 为1.2mm ,焊丝干伸长度L 为16mm ,保护气体为Ar +2%C O 2.图4表示实验结果与计算结果的比较,可见本文模型的计算结果与测试结果吻合良好,因此本文所建立的模型明显提高了计算精度. (I =270A ,U =25V ,v 0=430mm /min ,d =1.2m m , L =16mm )图4 焊缝几何形状计算结果和实测结果的比较Fig .4 Comparis on bet ween measured weld dimensions and predictedones3 结论 (1)利用本文的数值分析模型,计算了焊接熔池的流场、温度场,结果表明,熔滴为射流过渡时,在电弧中心线附近,熔池中的液态金属流向熔池根部,从而将作用于熔池表面的电弧热带入熔池根部,促使产生指状熔深.滴状过渡时,熔池中液态金属流向熔池尾部并将作用于熔池表面的电弧热带走,不利于产生指状熔深.(2)焊接工艺实验结果表明,利用本文建立的数值分析模型,计算出的焊缝几何形状与测试结果吻合良好,明显提高了计算精度,本文建立的数值分析模·85· 第4期 孙俊生,等:GMAW 焊接熔池的流场及其对熔池形状的影响 型可精确地模拟GMA W 焊接熔池的流场.参考文献:[1]WU C S ,SUN J S .Modelling the arc heat flux d istribution in GMA W welding [J ].Computational Materials Science ,1998,9:297-402.[2]孙俊生.G MA W 焊接熔滴热焓量分布模型[J ].山东工业大学学报,1998,29(3):212-216.[3]武传松,郑 炜,吴 林.脉冲电流作用下TIG 焊接熔池行为的数值模拟[J ].金属学报,1998,34(4):416-422.[4]傅积和,孙玉林.焊接数据资料手册[M ].北京:机械工业出版社,1994.(责任编辑:吕雪梅)杜善义教授当选为中国工程院院士 《哈尔滨工业大学学报》编委会主任杜善义教授,1938年生于辽宁省大连市。
第十一章智能材料与结构
• 图11-4（c）是合金母相在应力作用下诱 发马氏体，并发生形状变化，去除应力 后，除弹性部分外，形状并不回复原状， 但通过加热产生逆变，便能恢复原形。 这种现象叫作形状记忆效应（SME）。
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• 形状记忆效应是由于马氏体相变造成的。
除钢铁外，大多数合金中的马氏体相变
是可逆的，即冷却时由母相P转变为马
• 根据结构来分，智能材料结构可以分成
两种类型，分述如下：
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（1）嵌入式智能材料
• 在基本材料中嵌入具有传感、动作和控 制处理功能的三种原始材料，传感元件 采集和检测外界给予的信息，控制处理 器指挥驱动元件执行相应的动作。
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（2）材料本身具有一定的智能功能
• 某些材料微结构本身具有智能功能，能 够随着环境和时间改变自己的性能，例 如自滤波玻璃和受辐射时能自衰减的InP 半导体等。
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• 此外还有一些合金称为全方位形状记忆 合金，在冷却到更低的温度，可以出现 与高温时取向相反，形状相同的现象。 NiTi合金的全方位记忆薄片的模式图见 图11-3。将试样在钢管中成型后，在 400～500C进行时效处理，去除约束后 的形状如图11-3(a)所示；
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• 当试件冷却到Mf’时，形状接近直线状 态，如图11-3(b)；冷却到Mf以下时，试 件的形状发生180C翻转，如11-3(c)所 示；加热到Af和 Af’以上时，试件就反 向变化成图11-3(d)和(e)的形状。高于Af’ 的形状(a)和低于Mf 的形状(f)之间是可 逆的。
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• 材料在高温下制成特定形状，在低温任 意变形，加热时再恢复为高温形状，重 新冷却还保持高温时的形状时，我们称 之为单程记忆效应。例如目前国内商品 化的NiTi形状记忆合金丝，在低温马氏 体组织时，加外力使合金应变<8%后， 对材料加热，温度超过马氏体相变点时， 形状回复率可达100％。
材料概论第7章 智能材料与形状记忆材料09(汇总).3(汇总).26(汇总).ppt
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形状记忆合金
机械手柔性三维运动
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压电传感器
通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而 成的，这样的传感器也称为压电传感器。压电传感器主 要应用在加速度、压力和力等的测量中。
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（2） 传输特性
智能材料不仅需要敏感环境的各种参数，而且需要在材 料与结构中传递各种信息，其信息传递类似人的神经网络， 不仅体积微小，而且传递信息量特大。目前用于智能材料中 信息传递的方法很多，最常用的是用光导纤维来传递信息。
目前常用的微型驱动系统有形状记忆合金，磁致伸缩材 料，电流变体等，尤其是电流变体材料在自适应材料中的应 用特别引人注目。
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电流变体
通常情况下，我们看到的液体变成固体或固体变成液体，只 与温度和压力有关。然而，你能想像出电流也有这样的作用 吗？
1947年，一个叫温斯洛的美国人发现了一个奇怪的现象。他 把石膏、石灰和炭粉加在橄榄油中，然后加水搅成一种悬浮 液，想看看这种悬浮液能不能导电。在试验中，他意外地发 现，这种悬浮液没有加上电场时，可以像水或油一样自由地 流动；可是一加上电场，就能立即由自由流动的液体变成固 体，而且随着电场强度的增加，固体的强度也在增加。当撤 消电场时，它又能立即由固体变回液体。由于这种悬浮液可 以用电场来控制，因此科学家们就把它叫做“电流变体”， 并把这种现象称为“温斯洛现象”。温斯洛还为此申请了专 利。
两种方法：一种是在大型智能结构系统中，将智能材料敏感 到的各种参数传感到结构体系的普通计算机内；另一种是在
智能材料中埋入超小型电脑芯片。
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2024年度《智能材料》PPT课件
2024/3/23
驱动器分类
根据驱动原理的不同，驱动器可分为电磁驱动器、压电驱动 器、形状记忆合金驱动器等。
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智能材料在驱动器中作用机制
2024/3/23
感知功能
智能材料能够感知外部环境的变化，如温度、压力、磁场等，并 将这些变化转换为电信号输出。
驱动功能
智能材料在接收到控制信号后，能够产生相应的形变或位移，从而 驱动机械设备的运动。
物理性能
包括热学、电学、磁学等性能，决定材料在特定环境下的行为。
化学性能
包括耐腐蚀性、抗氧化性等，影响材料的稳定性和耐久性。
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结构与性能关系探讨
结构决定性能
材料的性能往往由其内部结构决定，如晶体结构影响材料的力学性 能和物理性能。
性能反映结构
通过对材料性能的测试和分析，可以推断出其内部结构的特点。
具有高比表面积、高导电性和优异电化学性能，应用于快速充放电、大功率输出等领域。
2024/3/23
储氢智能材料
通过物理或化学方式储存氢气，实现高效、安全的氢能储存与运输。
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总结与展望
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当前存在问题和挑战
2024/3/23
智能材料的稳定性与可靠性
目前智能材料的性能在不同环境条件下存在波动，稳定性和可靠性 有待提高。
控制功能
智能材料可以通过改变自身的物理性质实现对驱动器的精确控制， 如改变材料的刚度、阻尼等。
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典型案例分析
2024/3/23
压电陶瓷驱动器
利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能转换为机械能，实现 驱动器的运动。具有响应速度快、定位精度高等优点。
形状记忆合金驱动器
4. 智能材料与智能系统
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萨格纳克效应已经得到广泛的应用，由萨格 纳克效应研制出的光纤陀螺已成功地用于航空、 航天等领域，是近20年发展较快的一种陀螺仪。
这一在惯性空间中,由 光敏感转动的效应称为 SAGNAC效应.光纤陀 螺工作原理框图如图1 所示.由光源发出的光, 经藕合器传输到Y一波 导调制器.Y一波导调制 器将其输入光分成顺时 针和逆时针传输的两束, 进人保偏光纤环圈,以 实现SAGNAC效应
II. 强度调制光纤传感器
遮光板遮断光路：温度，振动，加速度，位移 半导体透射率：温度 荧光辐射，黑体辐射：温度 光纤微弯损耗：振动，压力，加速度，位移 振动膜或液晶的反射：振动，压力，位移 气体分子吸收：气体浓度 光纤泄漏膜：液位
III. 频率调制光纤传感器 多普勒效应：速度，流速，振动，加速度 受激喇曼散射：气体浓度 光致发光：温度 IV. 颜色调制光纤传感器 热色效应：温度 黑体辐射：温度 吸收光谱：pH值 磷光光谱：温度
3．温度传感器 电阻式：陶瓷热敏电阻器(PTC,NTC,CTR) 金属电阻器(正的电阻温度系数) PN结式：温度敏晶体管 集成温度传感器 热电式：热电偶 辐射式：光学测温计 光电测温计
4．气体传感器
所利用的特性 实例 电 阻 型 非 电 阻 型 表面电阻 体电阻 SnO2 γ-Fe2O3 被检测的气体 可燃气体 乙醇，可燃气体
三．智能材料系统与结构的组成 母体材料 传感器 中央处理器 驱动器 通信网络
四．智能材料系统与结构的基本组元材料 感知材料 信息材料
执行材料 + + + + + 机敏材料
智能材料
五．智能材料的应用 １．航天航空飞行器 不同材料的连接处存在很大的应力集中， 采用智能系统可加以调节并将其分散转移 到别处； 座舱壁采用智能系统能减弱振动和噪音， 使飞机飞行更平稳； 在关键部件上安装智能部件，起“神经 系统”、“肌肉”、“大脑”作用，能感 觉即将出现的故障，并作自我修复。
2024版材料讲义第八章智能材料ppt课件
研究智能材料在不同环境下的性能表现，包括温度、湿度、光照、 辐射等环境因素的影响。
安全性评估
对智能材料的安全性进行评估，包括生物相容性、电磁辐射安全 性、化学稳定性等方面的考虑。
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智能材料发展趋势与挑 战
跨学科交叉融合推动发展
材料科学与物理学、化学、生物 学等学科的交叉融合，为智能材 料的发展提供了新的理论基础和
特点
智能材料具有传感、反馈、信息识 别与积累、响应、自诊断、自修复 及自适应等多种功能。
智能材料发展历程
01
02
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初级阶段
20世纪70年代，智能材料 的概念被提出，并开始进 行相关研究。
发展阶段
80年代至90年代，智能材 料的研究逐渐深入，多种 智能材料被研制出来。
成熟阶段
21世纪以来，智能材料的 应用领域不断扩大，技术 也日益成熟。
智能建筑材料
具有自修复、自适应、节能等功能的智能建筑材料，提高建筑物的 安全性和舒适性。
智能交通材料
应用于智能交通系统的智能材料，如智能交通信号灯、智能车辆识 别系统等，提高交通运行效率和安全性。
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材料讲义第八章智能材料 ppt课件
目录
• 智能材料概述 • 智能材料分类及功能 • 智能材料制备技术 • 智能材料性能表征与评价方法 • 智能材料发展趋势与挑战 • 案例分析：典型智能材料应用实例
01
智能材料概述
智能材料定义与特点
定义
智能材料是一种能感知外部刺激， 按照预设方式选择和控制自身响应， 并具有自诊断、自适应、自修复等 功能的新型材料。
技术手段。
纳米技术、生物技术、信息技术 等高新技术在智能材料领域的广 泛应用，推动了智能材料的性能
智能材料全书ppt
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波长位移监测的第二个方法是干涉法 由bragg光栅返回的波长位移信号经耦合器C2分配 到俩跟光纤中。这两根光纤分别作为干涉的信号光 纤和参考光纤并组成非平衡Machznhnder光纤干涉 仪，两臂光程差为nd（d为两光纤几何长度差，n 为光纤芯折射率）在这种情况下，bragg光栅的反 射信号是machznhnder干涉仪的波长（频率）调制 光源。
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展望
光纤传感技术和光纤通信技术一样，已有 20 多 年发展历史，其基本概念和原理已为大家所熟知。 但光纤传感技术应用于智能材料却有很多新的内 容，人们进行了很多艰苦的探索，使许多关键技 术取得突破，并发展成一个内涵丰富、特点鲜明、 自成体系的新分支。上述发展在技术上的需求是： 智能材料中的光纤传感系统不是处于自空间， 而是嵌埋在复合材料或结构之中。
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目前用光纤传感技术监测复合材料固化有四种方法。早期使用 红外探测法。原理是有机树脂在固化过程中官能团结构发生变 化，将蓝宝石光纤埋入复合材料，操测光纤在红外波段瞬逝谱 的变化，可监测固化过程。这一方法的不足之处是固化的高温 对红外光谱探测有一定干扰。第二种方法是利用树脂固化过程 中的荧光特性。树脂在固化前其荧光发射效率很低，这是因为 此时树脂粘滞性较低，聚合物分子的扭曲和振动对荧光会产生 非辐射衰减。在固化过程中树脂的粘滞性逐渐增加，聚合物分 子网络的粘滞性阻碍了上述分子运动，使荧光效率提高。用埋 入光纤探测荧光发射强度可以判断固化程度。不过有些树脂自 身不呈现与粘滞性相关的荧光特性，使用这样的树脂时还需加 入具有荧光特性的树脂，这使得荧光检测有些局限性。
3
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波长解调技术
光纤 Bragg 光栅是依靠检测反射光的波长移动来测量外界压力或温 度扰动的。如上节指出，对λ b=1550 nm， Bragg 光栅对应变和温度 灵敏度的典型值分别为1.2pm / µ ℇ 和 13.6 pm /K 。这就是说， Bragg 光栅在外力作用下产生 1 微应变或受到 1K 的温度变化， Bragg 波长 移动 ∆ λb 仅是皮米量级。一般光谱仪器的分辨率只有 0.1 ，因此给 微小波长变量的检测带来一定的困难。虽然使用大型高辨宰傅里叶 变换光谱仪能达到上述精度要求，但由于其体积大、成本高、对检 测环境要求严，很难在智能材料系统中实际应用。随着近几年 Bragg 光栅应用技术的快速发展，目前适于智能材料使用的微小波长检测 技术大致可分为两大类，即比例探测法和干涉探测法。
材料概论第7章 智能材料与形状记忆材料09.3.26
与结构进行主动控制。这就进一步拓宽了形状记忆合金智能材
料的应用领域。
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记忆型镍钛牙弓丝
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（ⅱ） 压电基础智能材料
压电智能材料是一类具有压电效应的材料。
可实现传感元件与动作元件的统一，从而可以有效地用于 材料损伤自诊断自适应，减振与噪声控制等方面。
常用的压电材料主要是压电陶瓷，而最近发展的压电复合 材料是将压电陶瓷、聚合物按一定的比例、连通方式和空间 几何分布复合而成，具有比常用压电陶瓷更优异的性能。
（1） 基础智能材料研究 （2） 自诊断智能材料的研究 （3） 自适应智能材料研究
下面就分别展开叙述。
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，许多材料本 身就具有某些“智能”特性。例如：
材料的性能（颜色、形状、尺寸、机械特性等）随环境或使 用条件的变化而改变，具有学习、诊断和预见的能力，以及 对信号的识别和区分能力。
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（ⅰ） 形状记忆基础智能材料
是一类具有形状记忆功能的材料。
由于形状记忆合金材料集自感知、自诊断和自适应功能 于一体，故具有传感器、处理器和驱动器的功能，是一类 具有特殊功能的智能材料。
人们不但可以利用形状记忆合金来制备各种智能器件，而
且还可以用形状记忆合金来进行智能材料设计，并对智能材料
电视、可视电话等应用 ■ 实时监控：实时控制信号、图像
及数据同时传输 ■ 抗恶劣环境：适用于强电磁干扰、
远距离的恶劣环境下组网
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（2） 自诊断智能材料的研究
自诊断智能材料是智能材料中最简单最基础的一种形式。 它往往只具备智能特性四个主要特性中的二种或三种，这
一类智能材料能接受和响应外部环境参数的变化，能够自 诊断内部运行状态，如缺陷或损伤等，并能根据预先约定 给予报警或传输有关信息，但不具备驱动和自适应的功能。 例如对于结构材料，人们期望材料内部的劣化和损伤以及 表面的微细裂纹形成时，能自行监测，在形成重大事故或 内部变异之前能够有效地预知或报警。
2011年哈工大校本部博士研究生招生学科及招生导师
欢迎物理学科、化学学科考生报考，考生可直接与报考导师联系
1.光电信息材料与器件
2.特种光纤与器件
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1.光电子玻璃新材料（特种玻璃、特种玻璃薄膜、特种玻璃纤维）
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1.材料及器件空间综合环境效应损伤机理与性能退化表征
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1.半导体材料与材料物理
2.低维结构材料与量子器件
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②③④选一
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校外兼职
院士
1.功能薄膜与微/纳米技术
2.激光微加工
陈学康
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②③④选一
86418745
xuekchen@
1.空间结构材料评价表征
2.空间粉尘静电模拟评价技术
董尚利
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②③④选一
86418720
sldong@
1.先进树脂基复合材料设计与制备工艺
2.先进功能复合材料设计与性能表征
张东兴
②④⑤选一
86281403
dongxingzhang@
1.轻金属基复合材料设计与制备