智能结构[精选].ppt

智能结构 武际可 （北京大学力学与工程科学系） 1.电磁流变体 2.形状记忆合金 3.压电材料 4.理论研究 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）。 〔1〕Rabinow, J. (1948). The magnetic fluid clutch. AIEE Transactions, Vol. 67, pp. 1308–1315. 1.电、磁流变材料 把磁流变体注入杯子中，它像水一样可以用一根铅笔搅动。一旦把一块磁铁置于杯子下面，磁流变体就会固化，即使把杯子横过来，磁流变体也不会流出来。当把磁铁移去时，磁流变体就又恢复流动状态。 最典型的电磁流变体是把2到3微米直径的可磁化的粒子悬浮在合成油、水或其他有机液体中。可磁化的粒子一般占20－40％。 电流变体与磁流变体的性能 磁流变体作为控制元件的三种类型 磁流变体的应用：转动机械的减震 磁流变体的应用：车辆的防撞装置 防撞装置原理 防撞装置的控制框图 磁流变体的应用：高层抗震结构。 2.形状记忆合金特点：变形可以非常大（1/10） 马氏体和奥氏体之间的相变 如果用两条在不同温度之下相变的记忆合金，就可以实现一种往复的动作。 基于同样的道理 形状记忆合金 跳舞的机器人和机械手 记忆合金的应用－人造肌肉 可以随气流情况改变形状的机翼 3.压电材料 压电材料 压电材料 皮尔 居里Pierre Curie 1859-1906 W.G.Cady 1874-1973 1920年Cady 建利用石英晶体的振动特性制造振荡器。 石英晶体 The quartz crystals inside watches today come in various shapes and frequencies. The most common crystals are miniature encapsulated tuning forks which vibrate 32,768 times per second. Other types of crystals vibrate at more than 50 million times per second. In contrast, in the history of mechanical watches, the balance wheel oscillated first at 2.5, then at 3, and finally at 5 cycles per second. Wrren Marrison 1896-1980 1927,Marrison 制成了石英钟。 4.理论研究 1.材料本构的新课题。在应力应变关系的同时要计入电场和磁场、相变等物理量。 2.所有这些智能材料的应用都需要与外电磁场变化有关，而且电磁场的变化是由计算机控制的，这就要求精确的理论讨论，要求给出宏观结构在电磁场变化时的准确反应。 谢谢大家 * * ???????????????????????????????????????????????????????????????????????? ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? Buildings might be built with hundreds of large dampers filled with MR fluid to stabilize the structures during earthquakes. 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。 如钛酸钡：PbZrO -PbTiO 。 利用压电材料可以制成石英表、压力传感器，超声波发生器等。 1880年首先在酒石酸钾晶体上发现。 1880年Pierre Curie与其兄弟首先在酒石酸钾晶体上发现压电效应。 *