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智能材料范文第1篇

隨著智能材料研發(fā)的不斷深入，它已廣泛被應(yīng)用于土木工程行業(yè)中。當(dāng)前智能材料在土木工程中應(yīng)用的研究主要集中在結(jié)構(gòu)振動(dòng)的自控制、自修復(fù)、自適應(yīng)等方面，有效提高了土木工程結(jié)構(gòu)的耐久性及適用性。智能材料在土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中的應(yīng)用為其開辟了新的路徑。本文將簡(jiǎn)單介紹結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制與智能材料，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)分析智能材料在土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中的應(yīng)用，供廣大讀者參考。

關(guān)鍵詞：

智能材料；土木工程；振動(dòng)控制

智能材料的誕生與應(yīng)用為土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)提供了一種新方法。在振動(dòng)控制研究中，使用智能材料的結(jié)構(gòu)控制已經(jīng)成為熱點(diǎn)內(nèi)容。利用智能材料生產(chǎn)的控制器沒(méi)有時(shí)滯、反應(yīng)較敏捷、消耗能源小、容易驅(qū)動(dòng)、結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，這些優(yōu)勢(shì)使其在結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中應(yīng)用的前景良好。

一、結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制簡(jiǎn)介

結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制不僅能夠提高建筑物對(duì)地面運(yùn)動(dòng)的抵抗能力、降低輸入干擾力，還能夠在發(fā)生地震時(shí)進(jìn)行連續(xù)的自動(dòng)調(diào)整。但是，在實(shí)際使用過(guò)程中，該技術(shù)存在一個(gè)很嚴(yán)重的問(wèn)題，就是在發(fā)生地震時(shí)不能確保系統(tǒng)運(yùn)行所需的外部能源[1]。

二．智能材料簡(jiǎn)介

當(dāng)前的智能驅(qū)動(dòng)材料主要有磁致伸縮材料、電/磁流變液（MR）、形狀記憶合金、壓電材料等等。這些智能材料能夠參照電磁場(chǎng)、溫度等的變化對(duì)自身的機(jī)械性質(zhì)、內(nèi)部消耗、阻尼、振動(dòng)頻率、剛度、大小以及外部形狀等進(jìn)行自動(dòng)的改變，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際需要利用相應(yīng)功能的智能材料來(lái)生產(chǎn)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器或者消能器。智能材料在土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中應(yīng)用的研究主要集中在通過(guò)智能材料制作主動(dòng)控制的驅(qū)動(dòng)涉筆、被動(dòng)控制的消能減振設(shè)備。這些裝置設(shè)備具有反應(yīng)靈敏、消耗能源小、出力大等特點(diǎn)，將成為未來(lái)土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中主流的減振驅(qū)動(dòng)設(shè)備[2]。

三．智能材料在土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中的應(yīng)用

（一）電/磁流變流體

在外加電磁場(chǎng)的作用下，電/磁流變流體將牛頓流體轉(zhuǎn)換為粘塑體的時(shí)間可達(dá)毫秒級(jí)，并且該轉(zhuǎn)換具有可逆性。利用電/磁流變流體制作的阻尼器不僅能夠連續(xù)可調(diào)，并且反應(yīng)靈敏，具有較大的阻尼力，已有很多專家研究了電/磁流變流體在結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中的應(yīng)用。自上世紀(jì)90年代后，土木工程、石油、航天航空以及機(jī)械工程等行業(yè)中均開始了磁流變液相關(guān)的試驗(yàn)與理論研究。當(dāng)前國(guó)外已經(jīng)研發(fā)出了光學(xué)加工設(shè)備、剎車裝置以及磁流變液減振器。就性能而言，電流變液、磁流變液具有很多的相似之處，但是利用磁流變液制作裝置的優(yōu)點(diǎn)更多：第一，利用磁流變液制成的裝置能夠在-40-150℃條件下運(yùn)行，并且具有很強(qiáng)的抗干擾能力，在土木工程結(jié)構(gòu)中非常適用；第二，利用磁流變液制成的控制裝置，不僅結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，并且其輸出力能夠跟隨外部荷載的變化情況進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)節(jié)；第三，利用磁流變液制成的控制裝置運(yùn)行時(shí)消耗的能源非常低，一般情況下不會(huì)超過(guò)50W，并且所需的電壓僅為2-25V，這樣就大大消除了電流變液所需的幾千伏電壓產(chǎn)生的不便于危險(xiǎn)；第四，在耗電功率相同的條件下，與電流變液相比，磁流變液能夠達(dá)到的剪切屈服應(yīng)力要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，這樣就使得在達(dá)到良好減振效果、形成較大控制力的條件下，利用磁流變液所制作減振驅(qū)動(dòng)器的體積會(huì)更小。

（二）形狀記憶合金

這種驅(qū)動(dòng)材料的相變滯后性、偽彈性特點(diǎn)較為顯著，在加載、卸載中其應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)出環(huán)狀，這就表明了該智能材料在加載、卸載過(guò)程中能夠吸收、消耗很大的能量。此外，該材料的具有很高的相變回復(fù)力，最高能夠達(dá)到40MaP。利用該材料較高的相變回復(fù)力，能夠制作出被動(dòng)消能控制系統(tǒng)、被動(dòng)消能器。通常情況下，為了讓消能器充分感受層間變形，對(duì)地震能量進(jìn)行消散，多數(shù)被動(dòng)消能器安裝的位置在結(jié)構(gòu)底部或者間層中。有學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)，在安裝了消能器后，可以吸收大約60%的地震能量，并且顯著抑制、降低了結(jié)構(gòu)的位移。在1993年，Aiken等人已經(jīng)對(duì)形狀記憶合金進(jìn)行了相關(guān)研究，他們通過(guò)拉鎖的形式將其設(shè)在三層的鋼框架模型的層間，在沒(méi)有預(yù)應(yīng)力的條件下研究了合金絲對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的控制效果。

（三）壓電材料

利用壓電材料制作的減震裝置已經(jīng)被成功應(yīng)用在機(jī)械工程、航空結(jié)構(gòu)等的振動(dòng)控制中，壓電材料智能減震結(jié)構(gòu)是一種主動(dòng)控制系統(tǒng)，該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)有很多，比如外加能源地、具有較高的精確度、反應(yīng)靈敏以及較好的密實(shí)性等等。當(dāng)前對(duì)壓電材料智能減震結(jié)構(gòu)的研究主要集中在把壓電體匯總于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，并通過(guò)壓電傳感元件對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行感知，然后對(duì)其進(jìn)行輸出，進(jìn)而利用相應(yīng)的計(jì)算方式明確壓電驅(qū)動(dòng)器的輸入，以便結(jié)構(gòu)振動(dòng)達(dá)到主動(dòng)控制的目的。一般情況下，在使用壓電材料時(shí)是成對(duì)的，并將其放在被控目標(biāo)的高應(yīng)變區(qū)。在將電壓加在壓電材料上后，上下部分的壓電材料間發(fā)生完全相反的應(yīng)變，產(chǎn)生的控制力矩將作用于被控的目標(biāo)。在受拉情況下，壓電材料將呈現(xiàn)出脆性，所以為了確保在交變電場(chǎng)中，壓電材料一直呈現(xiàn)出壓縮狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)具備一定的預(yù)壓荷載。相關(guān)研究顯示，在復(fù)合梁中插入壓電陶瓷能夠?qū)⒘菏纂A模態(tài)的阻尼比提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)；將壓電薄膜貼在梁上，通過(guò)簡(jiǎn)單速度反饋，能夠提高梁中各階模態(tài)的阻尼比，可以提升3倍以上[3]。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，利用智能材料建立的土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制體系具有良好的效果。隨著智能材料的不斷發(fā)展，智能振動(dòng)控制的前景也越來(lái)越廣闊。在當(dāng)前已有的智能材料中，電/磁流變流體、形狀記憶合金、壓電材料等均適合在土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中應(yīng)用。但是，對(duì)這些智能材料自身的力學(xué)特性、控制的精度、實(shí)現(xiàn)的方法以及控制反應(yīng)的靈敏程度等均需要進(jìn)一步的研究，以便為其在土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]殷青英,翁光遠(yuǎn).智能材料在結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中的應(yīng)用研究[J].科技導(dǎo)報(bào),2009,12:93-97.

[2]張廣泰,孫樹民,韓霞.智能材料在土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中的應(yīng)用[J].新疆大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,04:494-497.

智能材料范文第2篇

摘要：隨著材料科學(xué)與電子技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，未來(lái)的建筑行業(yè)走向智能化已是必然的趨勢(shì)，智能材料將會(huì)未來(lái)的建筑行業(yè)中起到舉足輕重的作用，智能材料的主要依據(jù)產(chǎn)生于仿生學(xué)，這樣能夠充分提升高效建筑材料的研制，使得智能材料及其在綠色建材中起到良好的作用。本文主要講述了關(guān)于智能材料的工作原理，對(duì)綠色智能建筑材料進(jìn)行了有效的分類，并且對(duì)智能材料在綠色建材中的應(yīng)用作出了相關(guān)的分析，從而使得智能材料及其在綠色建材中的應(yīng)用得到有效的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能材料；綠色建材；應(yīng)用

基于當(dāng)前無(wú)論是電子技術(shù)、材料科學(xué)，還是自動(dòng)控制手段都隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展得到了出人意料的提高，建筑及其所用的材料趨向于智能化更是越來(lái)越明朗化。在二十世紀(jì)九十年代“智能材料”就此產(chǎn)生，然而，智能材料所得出的構(gòu)想來(lái)自于仿生，全面以研制出一種能夠充分具有生物的各種功能的材料作為目的。其中，記憶、自修復(fù)能力、自感知以及自適應(yīng)是智能材料的主要內(nèi)容。智能材料與結(jié)構(gòu)材料、功能材料之間是存在差異的，因?yàn)橹悄懿牧献陨肀憧筛惺懿⑷〉猛饨绲南嚓P(guān)信息，并且根據(jù)該依據(jù)做出正確的解決或者指令，從而對(duì)自身狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整以能夠充分適應(yīng)外界所產(chǎn)生的變化。此外，智能材料當(dāng)前已然在綠色建材中飽受廣泛應(yīng)用。

一、智能材料的工作原理

通常而言，智能材料主要源于驅(qū)動(dòng)材料、基本材料、敏感材料、其他材料和信息處理器而組織產(chǎn)生的。其中，驅(qū)動(dòng)材料主要是指在所具有的條件下對(duì)相應(yīng)的材料進(jìn)行控制，主要有壓電材料以及光纖材料等類型。基本材料主要是指圍繞擔(dān)承載輕質(zhì)材料、高分子材料以及耐腐蝕性材料而進(jìn)行的，從而充分表達(dá)了金屬材料所具有的相關(guān)作用。敏感材料能夠?qū)鞲腥蝿?wù)起到承擔(dān)的作用，然而在遇到環(huán)境產(chǎn)生變化時(shí)，能夠通過(guò)敏感的感知能力對(duì)環(huán)境所發(fā)生的變化及時(shí)有所察覺(jué)，從而使得材料記憶因此得到更好的適應(yīng)能力。而其他材料則是充分將導(dǎo)電材料與磁性材料結(jié)合到半導(dǎo)體材料中，并且在進(jìn)行信息處理器的研究時(shí)，具有能夠?qū)鞲衅餍盘?hào)進(jìn)行良好的處理功能。

二、綠色智能建筑材料的分類

通常而言，智能材料能夠劃分成多種類型，通常情況下能夠根據(jù)功能的性質(zhì)來(lái)進(jìn)行劃分，主要有光導(dǎo)纖維、壓電以及電流變體等等類型。其中，根據(jù)來(lái)源可分為金屬系智能材料、高分子智能材料以及無(wú)機(jī)非金屬材料這三方面的類型。然而，按照材料模擬生物方面又可分為：1.智能傳感材料，專門用于對(duì)各種熱、電以及磁等信號(hào)進(jìn)行相關(guān)的檢測(cè)工作，從而能夠感知并將所感知到了信息進(jìn)行反饋的一個(gè)形式，在智能材料中是必不可少的一種材料。2.智能驅(qū)動(dòng)材料，主要的作用是能夠很好地將溫度以及電場(chǎng)變化進(jìn)行相應(yīng)的分析，其中驅(qū)動(dòng)材料最常用的就是機(jī)械的響應(yīng)能力，因?yàn)樗哂休^強(qiáng)的記憶能力，并對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計(jì)。3.智能修筒牧希其主要作用是能夠?qū)Σ牧蠈?shí)施結(jié)構(gòu)再生以及恢復(fù)的能力，從而使得材料的使用能力得到充分提高。4.智能控制材料，主要是根據(jù)智能傳感材料所反饋出來(lái)的信息進(jìn)行相應(yīng)的記憶、存儲(chǔ)，并且還能對(duì)材料信息進(jìn)行有效的修復(fù)。此外，還能對(duì)微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行智能控制，從而使得所潛在的問(wèn)題能夠得到很好的解決。

三、智能材料在綠色建材中的應(yīng)用分析

（一）“智能皮”建筑材料

所謂“智能皮”建筑材料主要是指外在應(yīng)用方面，然而這一方面在國(guó)外的研究做的非常透徹，不僅完成了基本的框架更是對(duì)此進(jìn)行了拉伸以及沿用，換句話就是說(shuō)將建筑外面充分制作成相似于一個(gè)氣球的形狀，起到節(jié)省空間的作用，同時(shí)在應(yīng)用上采用高科技的照明以及新型信息的解決方式，能夠充分對(duì)建筑的外在實(shí)施全面的創(chuàng)新。此外，智能建筑皮材料主要是根據(jù)采取氣凝膠來(lái)作為絕熱處理的，使得智能皮建筑材料在白天時(shí)能夠起到吸熱的功能，而在晚上時(shí)能夠進(jìn)行放熱的功能，同時(shí)還可以進(jìn)行蓄電的能力，也就是收集陽(yáng)關(guān)的熱能在需要時(shí)起到能夠提供供電的功能。

（二）智能玻璃墻

智能玻璃在建筑的外墻中起到技術(shù)處理的作用，采取這樣的方式能夠很好的將光污染現(xiàn)象盡可能的降到最低，并且還能夠?qū)κ覂?nèi)衛(wèi)生的質(zhì)量進(jìn)行相關(guān)的處理，使得室內(nèi)衛(wèi)生能夠達(dá)到很好的效果，其中，最主要的功能就是建筑整體通風(fēng)以及空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制能力能夠在很大程度上進(jìn)行較好的處理，然而充分采取傳統(tǒng)的技術(shù)方法對(duì)建筑墻體進(jìn)行相關(guān)的創(chuàng)新等主要是其核心技術(shù)來(lái)進(jìn)行，從而使得建筑采光能夠得到有效的提高。

（三）智能板材

?？寺《鄬幼贤饩€防護(hù)IQ-Relex板材是一種相對(duì)而言比較新型的建筑材料，它是來(lái)自于德國(guó)拜耳材料科技集團(tuán)所研制出來(lái)的，能夠在驕陽(yáng)似火的夏季中將太陽(yáng)所折射出的紫外線進(jìn)行反射，使得室內(nèi)的溫度得到降低。然而在天寒地凍的冬季中則起到吸收陽(yáng)關(guān)溫度的功能，從而利用陽(yáng)光的溫度提供溫暖。這樣的智能板材不僅具有質(zhì)輕、堅(jiān)固以及耐腐蝕性好的作用，同時(shí)還具有易加工等優(yōu)點(diǎn)，與一般所使用的板材相比能夠在很大程度上降低輻射，對(duì)于建筑墻面與頂棚而言是非常好的材料。

（四）智能涂料

基于涂料材料的功能性已然越來(lái)越強(qiáng)，智能材料在生態(tài)住宅中起到重要的作用是必然的趨勢(shì)。通常而言冬季都是屬于比較寒冷的天氣，這時(shí)冬季只有充分使用輕質(zhì)熱敏型涂料能夠使得室內(nèi)的顏色由夏季的淺色在進(jìn)入到冬季時(shí)轉(zhuǎn)換成深色系，為冬季提供所需的溫暖。智能涂料在白天時(shí)具有吸收能量的功能，在進(jìn)入到夜晚時(shí)具有能夠采取電流的形式充分將熱能進(jìn)行釋放。此外，智能涂料還具有可以健康衛(wèi)生的功能，涂料中所含有的抗菌聚起到殺死細(xì)菌的效果，同時(shí)，涂料中具有吸收性能的能夠起到消除煙味、異味的功效以保證室內(nèi)衛(wèi)生得到健康保障。

四、結(jié)論

總而言之，智能材料本就是具有仿真生命系統(tǒng)的一種材料，能夠利用自身所具備的感知能力進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)、信息的分析，并且能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行自身反饋的一種機(jī)制，將材料充分應(yīng)用到實(shí)際中能夠在很大程度上完善建筑的整體質(zhì)量，使得設(shè)計(jì)的建筑的美感以及高科技感得到很好的詮釋。智能化產(chǎn)品不僅在現(xiàn)代綠色建筑開發(fā)以及應(yīng)用中起到舉足輕重的作用，甚至在各個(gè)領(lǐng)域中其作用更是不容小覷的。建筑也是象征著國(guó)家、人們的經(jīng)濟(jì)能力、生活水平的體現(xiàn)，因此，全面發(fā)展智能化綠色建筑材料能夠在很大程度上滿足國(guó)家、人們對(duì)高品質(zhì)生活水平的追求。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃靜晗，肖卓，瓦曉燕.智能材料及其在綠色建材中的應(yīng)用[J].建材發(fā)展導(dǎo)向.2015（16）：39-40

[2]李誠(chéng)誠(chéng).淺談綠色建材在建筑節(jié)能中的應(yīng)用[J].居業(yè).2016（03）：23-24

智能材料范文第3篇

【關(guān)鍵詞】智能材料；土木工程；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：S969.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

一．引言

智能材料實(shí)際上是一種仿真生命系統(tǒng)，一方面能夠感知外界環(huán)境或內(nèi)部狀態(tài)所發(fā)生的變化，另一方面能提供針對(duì)材料自身的或外界的某種反饋機(jī)制，適時(shí)地將材料的一種或多種性質(zhì)加以改變，做出所期望的某種響應(yīng)。因此通過(guò)智能材料來(lái)測(cè)量、檢查、評(píng)估、控制建筑物的健康狀態(tài)是未來(lái)的發(fā)展向。

當(dāng)今新型智能材料、智能控制技術(shù)的發(fā)展為其應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域提供了可能。當(dāng)前，智能材料在該領(lǐng)域的應(yīng)用還處于起步階段，我國(guó)與世界相差較小，在某些方面還處于領(lǐng)先水平。抓住現(xiàn)在世界范圍內(nèi)智能材料在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于理論研究階段的機(jī)會(huì)及時(shí)開展相應(yīng)的研究，將為我國(guó)在二十一世紀(jì)建筑結(jié)構(gòu)科研掌握了該學(xué)科的主導(dǎo)方向和潛在市場(chǎng)，提供重大機(jī)遇。

二．智能材料的特性

一般說(shuō)來(lái)，智能材料的功能表現(xiàn)為：反饋功能、傳感功能、響應(yīng)功能、信息識(shí)別與積累功能自診斷能力、響應(yīng)功能、自修復(fù)能力和自適應(yīng)能力、自診斷能力。具體來(lái)說(shuō)，智能材料有以下的內(nèi)涵:

（1）當(dāng)外部刺激消除后，能夠迅速恢復(fù)到原始狀態(tài)具有感知功能，能夠檢測(cè)并且可以識(shí)別外界(或者內(nèi)部)的刺激強(qiáng)度,如核輻射，光，電，熱，應(yīng)變，應(yīng)力，化學(xué)等；

（2）反應(yīng)比較靈敏；

（3）能夠按照設(shè)定的方式選擇和控制響應(yīng)；

（4）具有驅(qū)動(dòng)功能，能夠響應(yīng)外界變化；

（5）具有感知功能，能夠檢測(cè)并且可以識(shí)別外界(或者內(nèi)部)的刺激強(qiáng)度，如電，光，熱，應(yīng)力，應(yīng)變，化學(xué)，核輻射等；

三．智能材料的分類

構(gòu)建智能結(jié)構(gòu)的材料主要分為以下兩類:

（1）電流變體材料、磁流變體材料、形狀記憶材料、電致磁致伸縮材料、功能凝膠等,可用作智能材料系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)器材料。由于這些材料可根據(jù)溫度、電場(chǎng)或磁場(chǎng)的變化來(lái)改變自身的形狀、尺寸、位置、剛性、頻率、阻尼、內(nèi)耗或結(jié)構(gòu),因而對(duì)環(huán)境具有自適應(yīng)功能。

（2）光導(dǎo)纖維、壓電陶瓷、壓電高分子、應(yīng)變合金及其他特種傳感器材料,可用作智能材料系統(tǒng)中的傳感材料。

四．智能材料在結(jié)構(gòu)智能控制中的應(yīng)用與研究

現(xiàn)代意義的智能結(jié)構(gòu)除必須具有感知、自診斷功能外，也需要有外界作用時(shí)的自我調(diào)節(jié)和控制功能。按照控制系統(tǒng)輸入能量的來(lái)源，控制系統(tǒng)可以分為被動(dòng)控制，主動(dòng)控制，混合控制和半主動(dòng)控制四類。

半主動(dòng)控制技術(shù)所需外界能量輸入較小，其利用受控結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量來(lái)產(chǎn)生控制力，控制效果高于被動(dòng)控制，接近于主動(dòng)控制。因此，半主動(dòng)控制理論和技術(shù)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和極大的興趣。目前已研制出主動(dòng)變剛度（AVS）控制裝置、主動(dòng)變阻尼控制裝置和主動(dòng)變剛度/阻尼（AVS/D）控制裝置。

半主動(dòng)控制系統(tǒng)屬于時(shí)變非線性振動(dòng)系統(tǒng)。如何確定控制律，并利用半主動(dòng)控制裝置的性能充分發(fā)揮其減震作用是一個(gè)具有挑戰(zhàn)意味的課題。當(dāng)前的研究方向集中于半主動(dòng)控制律和控制算法。日本學(xué)者提出了直接根據(jù)受控結(jié)構(gòu)速度反應(yīng)和位移反應(yīng)進(jìn)行開關(guān)控制的算法和自回歸控制算法。美國(guó)學(xué)者根據(jù)變結(jié)構(gòu)控制理論，以滑動(dòng)模態(tài)控制（SMC）來(lái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的控制律，還提出了基于模態(tài)能量轉(zhuǎn)換理論的半主動(dòng)控制算法。但是，基于時(shí)域分析或頻域分析的控制算法均不能直接考慮地震動(dòng)等外部作用每一時(shí)刻的瞬時(shí)頻譜特性。除ER阻尼器、MR阻尼器外，AVS裝置、AVS/D裝置、VOD、VFD、SAID、多態(tài)混合控制裝置等半主動(dòng)控制裝置均可能存在控制時(shí)滯問(wèn)題，而時(shí)滯對(duì)半主動(dòng)控制的減振控制效果的負(fù)面影響是非常顯著的。ER阻尼器和MR阻尼器利用了電流變材料或磁流變材料通過(guò)電流或磁場(chǎng)時(shí)，能夠在幾毫秒內(nèi)從自由流動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換成線性粘滯態(tài)、強(qiáng)度可控半固體態(tài)的特性。MR阻尼器耗電功率小、反應(yīng)迅速，可以大大降低甚至消除控制時(shí)滯對(duì)控制效果的影響。MR阻尼器在半固態(tài)時(shí)有較高的屈服應(yīng)力，因而能夠提供較大的阻尼。美國(guó)學(xué)者通過(guò)對(duì)一個(gè)足尺的20噸MR阻尼器的試驗(yàn)研究，證明MR阻尼器的控制效果十分明顯，可以應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)。MR阻尼器具有造價(jià)低，節(jié)省輸入能量，不會(huì)導(dǎo)致溢出，控制效果好等優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于完全被動(dòng)控制和完全主動(dòng)控制具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其土木工程應(yīng)用前景已越來(lái)越為國(guó)內(nèi)外專家所看好。

五．智能材料在土木工程中的應(yīng)用

在我國(guó)，人們非常注重對(duì)智能材料與結(jié)構(gòu)的研究,近幾年我國(guó)通過(guò)不同的方法支持智能材料與結(jié)構(gòu)的研究.目前許多項(xiàng)智能材料及其在土木工程中的應(yīng)用研究正在我國(guó)進(jìn)行著。目前,智能材料與結(jié)構(gòu)在土木工程中的應(yīng)用主要是將智能材料，比如碳纖維等，混入到混凝土中,使混凝土構(gòu)件具有自我增強(qiáng)、自我診斷、自我愈合以及自我調(diào)節(jié)的功能。

系統(tǒng)集合、驅(qū)動(dòng)器、傳感器和控制器是四個(gè)主要技術(shù)材料系統(tǒng)。智能材料系統(tǒng)已經(jīng)在具體結(jié)構(gòu)的損壞評(píng)估、根基、橋梁檢測(cè)及安全檢測(cè)等獲得很顯著的成果，它的優(yōu)越性能土木結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐應(yīng)用中很顯現(xiàn)出來(lái)。

在我國(guó)內(nèi)外智能材料系統(tǒng)研究的重點(diǎn)是對(duì)大型混凝土結(jié)構(gòu)的安全檢測(cè)。現(xiàn)代的先進(jìn)技術(shù)在混凝土中混入了光導(dǎo)纖維材料，光導(dǎo)纖維材料主要用于通訊方面，力度監(jiān)測(cè)技術(shù)主要用于替代一般的導(dǎo)線，這樣子有利于辦公室實(shí)現(xiàn)建筑自動(dòng)化，新的智能傳感器也可以利用新型智能材料制作的傳感器來(lái)控制電力、空調(diào)和火警，同時(shí)也能夠利用他們來(lái)控制溫度、檢測(cè)壓力、以及電動(dòng)閘門等。判斷結(jié)構(gòu)根基好與壞的最好辦法是在其根基中加入光導(dǎo)纖維控制器。把適量碳纖維材料加入到水泥溶漿中，外面的壓力變化會(huì)影響變硬性的電阻變化，這就是回應(yīng)力敏感，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部接近損壞時(shí)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，這是在混凝土結(jié)構(gòu)中碳纖材料具有的自我診斷性能。實(shí)行對(duì)橋梁、大水壩和重要工程結(jié)構(gòu)的在線檢測(cè)和傷害評(píng)估就是利用這個(gè)性能。橋梁是需要承受負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。因此，一般情況下將橋梁所受的強(qiáng)度與負(fù)荷一起研究，同時(shí)根據(jù)檢測(cè)器的檢測(cè)結(jié)果對(duì)橋梁檢修，這樣可以減少了不少費(fèi)用。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大的土木工程結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)內(nèi)各部分，如橫跨的重要工程結(jié)構(gòu)、超高層建筑物、大型的橋梁、大型的海洋開采油井平臺(tái)等大型工程的不斷涌現(xiàn)，它們需要很長(zhǎng)的存活周期。結(jié)構(gòu)在外界和內(nèi)部不利因素的影響下，會(huì)不可避免的出現(xiàn)損壞，甚至出現(xiàn)事故。在上個(gè)世紀(jì)的中后期，一系列由于材料引起的災(zāi)禍喚起人們的了解和重視

智能材料在土木工程中重要的應(yīng)用，是自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展、計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料科學(xué)的重要階段的產(chǎn)物。因此，土木工程的未來(lái)深受高科技材料發(fā)展的影響。對(duì)此我們國(guó)家需要長(zhǎng)久的對(duì)其研究下去，采取新方法，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，從而提高我們國(guó)家對(duì)于智能材料在土木工程的應(yīng)用，增加我國(guó)建筑的各種性能。

六．結(jié)束語(yǔ)

智能材料在土木工程中重要的應(yīng)用，是自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展、計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料科學(xué)的重要階段的產(chǎn)物。智能結(jié)構(gòu)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究已取得了顯著的成績(jī),極大地影響了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念和多學(xué)科交叉應(yīng)用的發(fā)展。隨著智能材料和技術(shù)的發(fā)展,土木工程智能結(jié)構(gòu)已展現(xiàn)出其優(yōu)越的性能和廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳海泉，應(yīng)用形狀記憶合金的大跨橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制理論研究與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)[D].天津：天津大學(xué)，2003.

[2]丁陽(yáng)、張向榮、李忠獻(xiàn)，應(yīng)用SMA復(fù)合橡膠支座的大跨度空間結(jié)構(gòu)隔震研究[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，21（5）.

[3]凌育洪、彭輝鴻、張帥，一種新型SMA阻尼器及其減震性能[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，39（6）.

[4] 蔣忠席,李洪偉,黃小葉.土木工程智能結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀[J]山西建筑,2008,(24).

智能材料范文第4篇

【關(guān)鍵詞】智能建筑材料；生態(tài)節(jié)能應(yīng)用

序言：近些年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度越來(lái)越快，科學(xué)水平不斷提高，人們的生活質(zhì)量也得到了提升，只有高質(zhì)量的建筑才能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的生活需求。當(dāng)今社會(huì)，各建筑企業(yè)不再把價(jià)錢作為施工選材的原則，廉價(jià)的材料已經(jīng)不能滿足人們的需求，綠色環(huán)保材料逐漸登上建筑行業(yè)舞臺(tái)。要想增加人們生活水平，促使其生活質(zhì)量得到提高，建筑企業(yè)必須在施工中使用智能環(huán)保的材料。

1 智能環(huán)保材料的基本信息

1.1 定義

這些材料之所以被稱為綠色智能材料是因?yàn)闊o(wú)論是在提取原料還是在使用材料甚至是加工原料階段，這些材料不僅不會(huì)加重地球負(fù)荷而且還可以保證用戶的安全與健康。

1.2 綠色材料的主要特征

綠色智能材料的特征與一般建筑材料不同，以下是智能材料的主要特征。（ 1）智能材料和一般材料的加工過(guò)程不同，智能材料的原材料大多是生活垃圾和建筑廢物等天然資源，其他建筑材料一般不用生活垃圾生產(chǎn)。（ 2）智能材料的最大優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，如果工作人員在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)某些殘留物質(zhì)對(duì)人體有副作用要立即作出處理，保證智能材料的安全。（ 3） 智能材料出現(xiàn)的最大目的是對(duì)用戶健康起保護(hù)作用。綠色智能材料不僅可以提高建筑的安全性，最重要的是對(duì)人們生活質(zhì)量的提高有促進(jìn)作用。（ 4） 綠色智能材料之所以綠色是因?yàn)樗艘淮涡圆牧辖o社會(huì)環(huán)境帶來(lái)的負(fù)面影響，重復(fù)利用有利于保護(hù)環(huán)境。

1.3 綠色材料的分類

如果以材料的功效作為劃分依據(jù)，建筑材料一般可以被分為空氣凈化類、保健抗菌類和多功能建材三種。（ 1） 空氣凈化類?？諝鈨艋惒牧鲜侵改軌蚋纳朴脩衄F(xiàn)有生活環(huán)境的材料。在這些材料的作用下，用戶甚至可以在PM2.5超過(guò)負(fù)荷的環(huán)境中呼吸新鮮的空氣。（ 2） 保健抗菌類。某些材料可以通過(guò)與酸性的硅酸鹽反應(yīng)消滅AgO、CuO、MgO等對(duì)人體有害的成分，起到保護(hù)用戶健康的作用，這些材料大多屬于保健抗菌類。大氣中的氧能夠在陽(yáng)光和此類材料的作用下向活性氧轉(zhuǎn)變，活性氧可以殺死空氣中的細(xì)菌，創(chuàng)造一個(gè)有利于人們健康的生活環(huán)境。（ 3） 多功能的綠色建材。使用這類材料可以實(shí)現(xiàn)提高建筑物質(zhì)量和創(chuàng)造良好環(huán)境的雙盈利。日本某新型瓷磚既可以防菌又能夠阻止霉變的發(fā)生，某些智能壁磚具有控制室溫的功能，這些都是多功能綠色建材的具體應(yīng)用。

2 綠色智能材料在建筑中的應(yīng)用

（1） 建造屋面時(shí)候要選擇新式節(jié)能材料。工人為了提高建筑物的保溫效果，大多在屋面板和防水夾層中間安置保溫材料。安置的保溫材料必須要具備良好的導(dǎo)熱性和吸水性，但是某些材料的容積較大導(dǎo)致建筑保溫效果受到影響，這時(shí)新式材料就發(fā)揮了作用。我們一般使用水泥聚苯板和膨脹珍珠巖等材料提高建筑的保溫性。在安置保溫層時(shí)一定要將保溫層放置在防水層上方，否則一旦防水層遭到了破壞保溫層也會(huì)受到影響，而且保溫層處于防水層下方可能會(huì)給日常維修養(yǎng)護(hù)工作帶來(lái)難度。

（2） 建筑墻體的時(shí)候選取節(jié)約能源的新式材料。老式建筑物墻體的材料大多是混凝土和石頭，傳統(tǒng)材料的保溫性能很差，許多建筑為了維持室內(nèi)溫度不得不加大能源供應(yīng)量。模塑聚苯乙烯泡沫塑料等新式墻體材料可以利用較少的能源供應(yīng)達(dá)到同等效果的保溫作用，目前這類材料應(yīng)用比較廣泛?；诖?，相關(guān)工作人員只有提高自身對(duì)新式建造工藝的掌握量才能更好的參與到未來(lái)的工程建筑中去。當(dāng)前建筑行業(yè)使用的最為新穎的墻體材料是環(huán)保阻燃蜂窩復(fù)合材料。只要將秸稈等垃圾廢物進(jìn)行攪拌并壓縮就可以得到這種可再生的材料，也就是說(shuō)這種材料不僅能夠降低能源使用而且對(duì)減少污染物排放有重要作用。

（3） 在建筑門窗方面使用節(jié)能新材料。無(wú)論是在酷熱的盛夏還是寒冷的嚴(yán)冬，門窗內(nèi)外溫度相差都很大，我們必須要做好門和窗的節(jié)能。為此，我們必須緊箍門窗，減少玻璃邊框和門框連接處的縫隙，降低室內(nèi)空氣進(jìn)入量進(jìn)而實(shí)現(xiàn)門窗的節(jié)能效果。如果各個(gè)連接處的縫隙較大，室外空氣就會(huì)通過(guò)接縫進(jìn)入室內(nèi)，室內(nèi)溫度受此影響而升高或降低。施工人員在對(duì)門窗進(jìn)行施工時(shí)，安裝和砌口工作同時(shí)進(jìn)行或者砌口工作在安裝之后都可能會(huì)擴(kuò)大門和窗與邊框交接處的縫隙，所以工作人員只有事先預(yù)留了洞口后再開展門和窗的安裝工作。要想縮小門窗邊縫的寬度要求相關(guān)人員高度重視打開縫隙的搭接量，數(shù)量足夠的搭接量有利于縮小寬度。許多建筑單位利用聚氨酯填補(bǔ)門窗連接處的邊縫，這樣可以增加門窗的密實(shí)度，有的企業(yè)使用水泥和砂漿代替聚氨酯，這種材料的效果比較差。現(xiàn)階段很多建筑物使用的門窗邊框是由金屬制成的，這種材料的導(dǎo)熱性很強(qiáng)，所以要想降低金屬框在高溫作用下發(fā)生變化的幾率，必須要利用塑料等材料在較大的空間中對(duì)其做斷橋處理。

（4） 其他方面的節(jié)能應(yīng)用。鋼和混凝土組合的鋼混結(jié)構(gòu)是目前我國(guó)建筑物最主要使用的建筑結(jié)構(gòu)，之所以采用這種組合主要是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)具有在提高建筑牢固性和實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)。未來(lái)的建筑物必須完全使用鋼結(jié)構(gòu)支撐建筑主體，鋼混結(jié)構(gòu)可能會(huì)威脅用戶的安全，所以各建筑單位必須要利用鋼結(jié)構(gòu)代替鋼混結(jié)構(gòu)。要想增加建筑物的整體使用期限，建筑單位在施工過(guò)程中必須使用強(qiáng)度較高的鋼筋和混凝土材料從而提高主體結(jié)構(gòu)的耐久性。夏季室外溫度較高，用戶大多使用空調(diào)等設(shè)備降低室內(nèi)溫度，如此一來(lái)就加大了能源消耗，這時(shí)我們可以在建筑物上安裝遮陽(yáng)設(shè)備為建筑降溫，從而減少能源消耗。

（5） 關(guān)于綠色建筑材料所帶動(dòng)的節(jié)能效益。當(dāng)今我國(guó)企業(yè)的節(jié)能效益有很大一部分是由節(jié)能材料產(chǎn)生的。大多數(shù)節(jié)能材料的生產(chǎn)過(guò)程非常簡(jiǎn)單，這些綠色材料是由價(jià)格比較便宜、數(shù)量較多的常見材料合成加工而來(lái)的。如果我們將這種節(jié)能材料的生產(chǎn)手段應(yīng)用在生產(chǎn)農(nóng)業(yè)材料中不僅可以降低環(huán)境污染而且能夠?yàn)橹脖坏脑黾觿?chuàng)造機(jī)會(huì)。同理，我們也可以將這種手段應(yīng)用在建筑材料的生產(chǎn)過(guò)程中。綠色智能材料的生產(chǎn)原料是生活和生產(chǎn)廢棄垃圾，這些垃圾的存在不僅對(duì)人們生活毫無(wú)用處甚至可能會(huì)給我們帶來(lái)麻煩，綠色節(jié)能材料的出現(xiàn)為我們解決了這個(gè)問(wèn)題。

3 綠色智能材料的未來(lái)發(fā)展情況

各建筑單位在對(duì)綠色智能材料進(jìn)行利用時(shí)必須要堅(jiān)持以降低能源消耗為原則，在科學(xué)的對(duì)“人、自然、建筑”進(jìn)行協(xié)調(diào)基礎(chǔ)上開展施工工作。

3.1 充分利用可再生資源，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能

世界的任何資源都不是無(wú)限使用的，資源的有限性限制了建筑行業(yè)的發(fā)展，所以如何在建筑施工中使用可再生資源就成為了目前我們的工作重點(diǎn)。我國(guó)的垃圾廢物不少于200億噸，如此推算全世界范圍內(nèi)的廢棄物總量不可預(yù)計(jì)，對(duì)社會(huì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響。所以各建筑單位必須要在施工中使用可再生材料，加快建筑行業(yè)在節(jié)能方向的發(fā)展速度。

3.2 促進(jìn)節(jié)能材料的發(fā)展

要想加快綠色節(jié)能材料的發(fā)展速度，我們必須要對(duì)施工材料和施工工藝進(jìn)行創(chuàng)新，以科學(xué)環(huán)保的工藝推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的進(jìn)步。各個(gè)部門之間要相互配合，對(duì)建筑行業(yè)應(yīng)用節(jié)能材料的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行完善，消除由于管理不全面而產(chǎn)生的問(wèn)題，促使材料市場(chǎng)朝向環(huán)境友好型方向發(fā)展。

3.3 推進(jìn)節(jié)能材料在建筑中規(guī)?；瘧?yīng)用，促進(jìn)建筑用能結(jié)構(gòu)調(diào)整

強(qiáng)化智能材料在建筑中的應(yīng)用管理，有計(jì)劃的科學(xué)的增加應(yīng)用示范的范圍，加強(qiáng)示范項(xiàng)目的管理，確保示范項(xiàng)目順利實(shí)施，實(shí)現(xiàn)預(yù)期節(jié)能效益。對(duì)綠色材料的應(yīng)用規(guī)范進(jìn)行完善，建立綠色智能材料應(yīng)用試點(diǎn)，通過(guò)試點(diǎn)的發(fā)展推動(dòng)整個(gè)行業(yè)用料轉(zhuǎn)變，調(diào)整行業(yè)的用能結(jié)構(gòu)。

結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度不斷加快，科技水平也得到了提高，智能材料無(wú)論是對(duì)建筑行業(yè)的發(fā)展還是對(duì)社會(huì)環(huán)境的改善都有著重要作用，我相信綠色智能材料的未來(lái)也更加廣闊。

參考文獻(xiàn)

智能材料范文第5篇

Intelligent Nanomaterials

2012，837p

Hardcover

ISBN9781848213678

Ashutosh Tiwari等著

新材料作為工業(yè)發(fā)展的根本推動(dòng)力之一，為新產(chǎn)品問(wèn)世，進(jìn)而增加社會(huì)財(cái)富奠定了基礎(chǔ)。最近10年，基于納米結(jié)構(gòu)的特殊行為，具有獨(dú)特性能的材料大量涌現(xiàn)。

本書旨在對(duì)智能納米材料領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展進(jìn)行介紹，包括：分子設(shè)備材料、仿生材料、混合型功能聚合物復(fù)合材料、信息和能量轉(zhuǎn)化材料以及環(huán)境友好材料。

全書共分4部分 22章。第1部分，無(wú)機(jī)材料，含第1-7章：1.半導(dǎo)體量子點(diǎn)的合成、表征及自組裝；2.一維半導(dǎo)體金屬氧化物：合成、表征及相應(yīng)氣體傳感器的應(yīng)用；3.稀土絕緣納米晶體：基于改進(jìn)發(fā)光性能的納米熒光粉的等離子體顯示板；4.非晶態(tài)多孔復(fù)合氧化物：一種新型高度靈活的材料；5.納米氧化鋅及其應(yīng)用；6.應(yīng)用于空間及能源領(lǐng)域的智能納米材料；7.智能玻璃：熱致變色薄膜及納米復(fù)合材料。第2部分，有機(jī)材料，含第8-11章：8.納米聚合物、膠束及核殼材料；9.納米材料與酞菁類的復(fù)合材料；10.碳和聚合物材料的納米復(fù)合體及其在能量轉(zhuǎn)換裝置中的應(yīng)用；11.纖維素生物塑料在生物醫(yī)藥中的發(fā)展。第3部分，生物材料和設(shè)備，含第12-14章：12.智能水凝膠納米復(fù)合材料；13.防滲技術(shù)：聚合物/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料；14.基于聚合物/復(fù)合材料的智能傳感器。第4部分，含第15-22章：15.藥物輸送中的水凝膠納米粒子；16.應(yīng)用于生物分子的納米晶體生長(zhǎng)機(jī)制；17.組織和細(xì)胞中單一生物分子的量子點(diǎn)檢測(cè)、識(shí)別和跟蹤；18.基于納米纖維的醫(yī)療設(shè)備；19.作為核醫(yī)學(xué)新材料的納米載體系統(tǒng)；20.面向納米仿生設(shè)備的納米仿生材料；21.用于醫(yī)學(xué)診斷的脂質(zhì)納米生物傳感器；22.聚合物納米纖維及其在傳感器中的應(yīng)用。

本書作者之一Ashutosh Tiwari教授，畢業(yè)于印度阿拉哈巴德大學(xué)，材料化學(xué)家，是先進(jìn)材料快報(bào)的主編，就職于瑞典林雪平大學(xué)（Link & ouml；Ping University）生物傳感器和生物電子學(xué)中心，于2011年獲得聲譽(yù)極高的“材料科學(xué)創(chuàng)新獎(jiǎng)”。

本書適合于具有不同背景的研究者，諸如化學(xué)、材料科學(xué)、物理、生物科學(xué)和工程等。它不僅可以作為研究生和本科生的教科書，也是一本很好的針對(duì)材料科學(xué)、生物工程、藥學(xué)、生物技術(shù)和納米技術(shù)工作者的參考書。

張文濤，副研究員

（中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所）