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1、智能结构与智能机构 2020/11/17 1 1.智能结构简介 2.国内外研究现状 3.应用举例 4.展望 2020/11/17 2 1.智能结构简介 智能结构 ：一种仿生结构体系 ,它集主结构、传感器、控制器 及驱动器于一体 ,具有结构健康自诊断、自监控、环境自适应以 及损伤自愈合自修复的生命特征及智能功能 ,在危险发生时能自 己保护自己 。 智能结构 也可以定义成：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。外部条件可能 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 部条件可能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。 20
2、20/11/17 3 1.1智能结构材料 1.电磁流变体 在 20世纪 40年代末期，人们发现在普通的流体中掺 入适当的磁性悬浮物。就成为电磁流变体。当外加 磁场作用在这种流体上时，由于悬浮物磁向与外磁 场一致，就大大约束了流体的运动，整个流体呈现 固体化的性质。而且反应之快，是在短于微妙级的 时间间隔内完成的。 悬浮物为磁性体时称为磁流变体（ MR），而悬浮物 是电介质时称为电流变体（ ER）。 2020/11/17 4 1.1智能结构材料 2020/11/17 5 2.形状记忆材料 材料在外力作用下发生残余变形后，在温度作用 下又会发生逆变形，使材料恢复原状。冷却后再再 发生残余变形，再加
3、热，结果还能恢复原状。这种 现象称为形状记忆效应（ Shape Memory Effect）。 这种具有 形状记忆效应（ SME）的材料称为形 状记忆材料，它包括形状记忆合金、记忆陶瓷 及形状记忆聚合物。 1.1智能结构材料 3.压电材料 材料上施加外力引起变形时在材料内产生 电场。反之对材料施加外电场时在材料内 部产生变形。 2020/11/17 6 1.2 关键技术 2020/11/17 7 1.3 智能结构仿生模型 2020/11/17 8 1.4 智能结构发展 20世纪 50年代提出智能结构 1974年美国首次提出将压电陶瓷嵌入复合材料 制成构件 进入 80年代末期以来 ,智能结构已经
4、有了长足的 进展（日本日立公司的机械手） 主要研究国家：美、 日、德、英为代表 的发达国家 2020/11/17 9 国内研究现状 尚处于起步阶段 .也取得一些成果：对机舱内噪声控制的 研究、机器人柔性臂的振动控制、铁路长轨伸缩量的控 制等 . 在组成智能结构的一些重要材料和器件方面的研究工作 已有一定的基础 在智能传感器和某些领域的智能系统设计方面取得较大 的突破 . 目前大部分研究集中在各种不同的智能材料特性的探索 上 ,并研制出了多种具有不同特点的智能材料 .但对智能材 料与结构的应用的研究还相对较少 . 2020/11/17 10 3 应用举例 航天航空工程 （威胁警报、智能机翼、噪声
5、控制） 土木工程 （智能混凝土结构、结构灾害反应控制系统、 结构健康监测与诊断系统） 机器人 2020/11/17 11 3.1 自适应机翼 2020/11/17 12 3.1 自适应机翼 2020/11/17 13 3.1 自适应机翼 2020/11/17 14 3.2 碳纤维混凝土温度自诊断自适应结构 2020/11/17 15 TiNi是 SMA（形状记 忆材料）中一种。 SMA的伸缩实现开闭 屈伸动作。 3.3 微型机器人 2020/11/17 16 3.4 螃蟹机器人 2020/11/17 17 螃蟹机器人 Riririr 2020/11/17 18 日本 Kondo Hexapod /六脚机器人 4.展望 4.1 未来研究方向 a. 智能材料 /智能结构仿生学理论 b. 仿人智能控制理论 c. 智能结构非线性分析新理论、新方法 d. 智能结构不确定性理论及方法 e. 智能结构振动控制的新理论及新算法 f. 开发研究新智能材料；开发大应变、高强 度、高模量的压电材料 2020/11/17 19 4.2 目前遇到的难题 智能结构驱动器 智能结构传感器 智能结构控制方法及控制算法 2020/11/17 20 2020/11/17 21
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