智能材料结构课件.ppt

1、11智能材料结构自然界的启示自然界的启示22一一 智能材料结构的概念、构成和种类二 智能材料的应用现状和未来发展方向33一，智能材料的概念和基本原理智能材料的构想智能材料的构想来源于仿生学，它的目标就是想研制出来源于仿生学，它的目标就是想研制出一种材料，使它成为一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能具有类似于生物的各种功能的的“活活”的材料的材料。独角仙的外壳可以随着外独角仙的外壳可以随着外界空气变潮湿其外壳的颜界空气变潮湿其外壳的颜色由绿色变成黑色。它所色由绿色变成黑色。它所呈现的外壳结构特征将成呈现的外壳结构特征将成为未来一种为未来一种智能材料智能材料的重要特性，科学家可以的重要特性，

2、科学家可以依据这种特征研制作为湿依据这种特征研制作为湿度探测器的新型材料。度探测器的新型材料。44智能材料结构的概念智能材料结构的概念：将具有仿生命功能的材料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。智能功能，这种结构称为智能材料结构。智能材料的构成：智能材料的构成：一般来说一般来说由由、和和四部分构成。四部分构成。551、基体材料 基体材料担负着基体材料担负着承载的作用承载的作用，一般宜选用，一般宜选用轻质材料轻质材料。一般基体材料一般基体材料首选高分子材料首选高分子材料，因为其重，因为其

3、重量轻、耐腐蚀，尤其具有粘弹性的非线性特征。量轻、耐腐蚀，尤其具有粘弹性的非线性特征。其次也其次也可选用金属材料可选用金属材料，以轻质有色合金为主，以轻质有色合金为主。662、传感材料 传感材料传感材料担负着传感的任务，其主要作担负着传感的任务，其主要作用是用是感知环境变化感知环境变化（包括压力、应力、温度（包括压力、应力、温度、电磁场、电磁场、pHpH值等）。值等）。常用传感材料如常用传感材料如形状记忆材料形状记忆材料、压电材压电材料料、光纤材料光纤材料、磁致伸缩材料磁致伸缩材料、电致变色材电致变色材料料、电流变体电流变体、磁流变体磁流变体和和晶材料晶材料等。等。773、驱动材料 因为在一定

4、条件下，因为在一定条件下，驱动材料驱动材料可产生较大的可产生较大的应应变和应力变和应力，所以它担负着，所以它担负着响应和控制的任务响应和控制的任务。常用。常用有效驱动材料如有效驱动材料如形状记忆材料形状记忆材料、压电材料压电材料、电流变电流变体体和和磁致伸缩材料磁致伸缩材料等。等。可以看出，这些材料既是可以看出，这些材料既是驱动材料又是传感材驱动材料又是传感材料料，显然起到了身兼二职的作用，这也是智能材料，显然起到了身兼二职的作用，这也是智能材料设计时可采用的一种思路。设计时可采用的一种思路。88智能材料结构的工作原理99智能材料结构的种类 智能材料结构可分为两种类型：1、嵌入式智能材料；2、

5、材料本身具有一定的智能功能 按智能材料的功能来分，可以分为光导纤维、形状记忆合金、压电、电流变体和电（磁）致伸缩材料等。1010二、智能材料结构的应用现状和未来发展方向1、应用现状建筑和结构工程领域建筑和结构工程领域医学领域医学领域航空航天领域航空航天领域1111 利用镍钛诺形状记忆合金（利用镍钛诺形状记忆合金（SMASMA）制成）制成的缆索能够有助于抵御地震或者飓风的缆索能够有助于抵御地震或者飓风 1、建筑和结构工程领域（1 1）自诊断、自愈合混凝土）自诊断、自愈合混凝土（2 2）具有振动和噪声主动控）具有振动和噪声主动控制功能的智能结构。制功能的智能结构。（3 3）抗震建筑物抗震建筑物12

6、122、医学领域（1 1）人造皮肤）人造皮肤人造皮肤智能材料，可人造皮肤智能材料，可以感知以感知温度温度、热流的变热流的变化化以及以及各种应力的大小各种应力的大小，并且有良好的，并且有良好的空间分空间分辨力辨力。这种智能材料还可这种智能材料还可以分辨表面状况，例如以分辨表面状况，例如，粗糙度、摩擦力等。，粗糙度、摩擦力等。1313（3）人造血管（2）人工关节1414（4）智能药物释放体系以智能材料为载体材料，根据病情所引起的化学物质和物理量(信号)的变化自反馈控制药物释放的通/断特性。如：智能胰岛素释放体系。15153、在航空航天领域中的应用（1）智能蒙皮例如光纤作为智能传感元件用于飞机机翼的

7、智能蒙皮中，或者在武例如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，可用于改善气动特性、预警、隐身和通信智能蒙皮，可用于改善气动特性、预警、隐身和通信。1616（2）智能材料结构在变体飞行器中的应用形状记忆聚合物展开蒙皮形状记忆聚合物泡沫机翼夹心1717形状记忆合金驱动后缘变形机翼模型形状记忆合金变后缘弯度模型1818（3）结构检测和寿命预测 智能结构可用于实时测量结构内部的应变、温度智能结构可用于实时测量结构内部的应变、温度、裂纹，探测疲劳和受损伤情况，从而

8、能够对结构、裂纹，探测疲劳和受损伤情况，从而能够对结构进行监测和寿命预测。进行监测和寿命预测。1919（4）减震降噪智能结构用于航空、航天智能结构用于航空、航天系统可以消除系统的有害系统可以消除系统的有害振动，减轻对电子系统的振动，减轻对电子系统的干扰，提高系统的可靠性干扰，提高系统的可靠性20202、智能材料结构的未来研究方向1、新型智能复合材料的研发。开发出能耗低、应变大、频带宽、力学性能优越、稳定性和寿命高的新型智能材料。2、系统集成技术的研究。目前，大多数智能结构仅具有传感功能，其处理和控制功能还需外接，往往是一个包含众多功放、滤波、AID、DA等的庞大系统，这对于实际的应用而言是不便的。因此开发高精度的传感器以及研究有效的信号采集和处理技术也显得至关重要。3、传感器制动器的优化研究。传感器和致动器优化配置的研究也是目前急需解决的问题。2121