智能材料与智能结构及其应用.pdf

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智能材料与智能结构及真应用

黄国权

(哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001)

摘要:介绍了智能结构的概念和智能材料的内容，阐述了智能结构的组成:传感器、致动器和控制器，说明了

智能材料、智能结构的应用，并总结了国外智能结构研究应用的特点。

关键词:智能材料;智能结构;传感器;致动器;控制器

中图分类号:TM”文献标识码:A文章编号:1002-2333(2002)06-0009-03

IntelligentMaterialorIntelligentStructureandApplication

HUANGGuo-quan(HarbinEngineeringUniversityMechanicsandEleetdaalEngineeringCn11ege,Harbin150001,China)

Abstract:The,conceptofIntelligentStructureandcontendofintelligentmaterialarebrieflyintroducedinthepaper.

TheIntelligentStructureconsistofsensor,actuator,controllerthatareintroduced.ManyapplicationsofIn-

lellignetMaterialorStructuresarediscussedinmanyfields.Thecharacterofresearchingandapplicationin

IntelligentStructureonabroadareintroduced.

Keywords:IntelligentMaterial;IntelligentStructrus;Sensor;Actuator;Controller

1引言2智能结构的组成

智能结构(IntelligentStructure)的研究始于80年传感器(Sensor)、致动器(Actuator)、控制器

代，美国政府首先提出了开展此方面的}M.随后世界(Controller)是智能结构的三个组成部分。传感器、致

其他发达国家和地区，如日本、英国、德国、韩国、台湾、动器、控制器及其结构集成，是智能材料与结构的四大

香港等，都相继开展智能结构的研究。进人90年代，其关键共性技术。目前国内外都把新型传感器和致动器

在军事和民用领域中潜在的应用价值，已经引起人们的研究和开发作为高科技项目进行重点攻关。

的极大关注，以美、日、德、英为代表的发达国家迅速投2.1传感器

人大量的人力、物力和财力，用于该领域的研究和探索，智能结构中传感器实现将机械量(应变、位移、速

智能结构的研究空前活跃。国内也十分重视智能材料度、加速度)转化为非机械量(电、光等)。智能结构传

和结构这一新兴学科的研究，国家自然科学基金等从感器，应对结构状态敏感，易于集成，高度分布。结构状

1993年起每年都将智能结构列入研究计划项目。态包括变形状态(应变、位移)、运动状态速〔度、加速

智能结构，就是在基体中嵌人或粘贴传感器和致度)、受载状态(力、压力、应力)、温度状态(温度、温

动器，并具有对致动器有控制作用的装置，从而能感知度梯度)、健康状态(运行损伤及突发损伤)等。目前用

外界环境的变化及自身的实际状态，并通过自身的感于传感器的材料，主要有电阻应变片、压电材料和光导

知，做出判断，发出指令，执行和完成动作，实现动态或纤维等。电阻应变片只能感受结构一点的平均应变量，

在线状态下的自检测、自诊断、自监控、自修复及自适而光导纤维可以感受结构连续的应变量。在智能结构

应等多种功能。它的出现为振动、噪声及形状控制提出中，研究较多的传感器材料是压电材料。压电材料作为

厂新的途径。智能结构基于广泛的应用前景，形成了一传感器具有较宽的工作频率范围(可从几十赫到几百