《智能材料与力学》课件.ppt

智能材料与力学本课程将深入探讨智能材料与力学的理论基础和应用，涵盖形状记忆合金、压电材料、磁致伸缩材料等重要类型，以及在航空航天、生物医学、土木工程等领域的应用案例。

课程概述与学习目标课程目标深入了解智能材料的定义、分类、特性和应用，掌握智能材料的力学行为分析方法，并能够将智能材料应用于工程设计领域。学习内容涵盖智能材料的基础理论、力学特性分析、智能结构设计、应用案例分析、发展趋势等内容，并结合实践案例进行教学。

智能材料的定义与特性智能材料是指能够感知环境变化，并根据变化做出响应，实现自适应功能的材料。智能材料的特性包括：感知能力、响应能力、可控性、自适应性等。智能材料在外部刺激作用下能够发生形状、尺寸、性能等方面的变化，并实现预期的功能。

智能材料的发展历史1早期发展20世纪50年代，形状记忆合金被发现，标志着智能材料研究的开始。2快速发展20世纪80年代，压电材料、磁致伸缩材料等智能材料得到广泛应用，并成为研究热点。3多元化应用21世纪以来，智能材料应用领域不断扩展，包括航空航天、生物医学、土木工程等。

智能材料的分类体系形状记忆材料形状记忆合金、形状记忆聚合物等。压电材料压电陶瓷、压电聚合物等。磁致伸缩材料铁磁材料、铁电材料等。电流变材料电流变液、电流变固体等。磁流变材料磁流变液、磁流变固体等。光敏材料光致变色材料、光电材料等。温度敏感材料温度响应型水凝胶、相变材料等。

形状记忆材料简介形状记忆效应在一定温度下，形状记忆材料能够恢复到预先设定的形状。超弹性形状记忆材料能够承受较大的形变，并在卸载后恢复原状。热致动性形状记忆材料的形状变化可以通过温度变化来控制。

形状记忆效应的物理机制马氏体相变形状记忆材料在冷却过程中会发生马氏体相变，产生新的晶体结构，并具有塑性形变能力。恢复过程加热到一定温度时，马氏体相变逆转，材料恢复到原来的形状，同时释放出热量。

形状记忆合金的晶体结构奥氏体高温下，形状记忆合金处于奥氏体相，具有良好的塑性。马氏体冷却到一定温度以下，奥氏体发生马氏体相变，形成马氏体相。恢复过程加热时，马氏体转变回奥氏体，材料恢复到初始形状。

马氏体相变过程分析形变在马氏体相，形状记忆合金可以承受较大的形变。加热加热到相变温度以上，马氏体开始转变回奥氏体。恢复奥氏体具有较高的强度和稳定性，材料恢复到初始形状。

形状记忆合金的应用实例眼镜架形状记忆合金可以制作出可以弯曲的镜架，方便携带和佩戴。医疗器械形状记忆合金用于制作血管支架、骨科植入物等，具有良好的生物相容性。

压电材料的基本原理机械能压电材料受到机械力作用时，会产生电荷。1电荷电荷积累形成电势，产生电压信号。2电场压电材料在电场作用下会发生形变。3形变形变可以通过外部电压来控制。4

压电效应与逆压电效应压电效应当压电材料受到机械应力作用时，会在其表面产生电荷，形成电压信号。逆压电效应当压电材料受到电场作用时，其会发生形变，可以用于驱动器、执行器等应用。

压电材料的性能参数参数单位典型值压电系数pC/N100-500机械强度MPa50-100介电常数-100-1000居里温度℃100-500

压电陶瓷的制备工艺原料配比根据需求，选择合适的压电陶瓷原料，并进行精确配比。粉体合成采用固相法、液相法等方法合成压电陶瓷粉体。成型将粉体压制成型，并进行烧结处理。极化在高温高压下对陶瓷进行极化，使其具有压电性能。加工根据应用需求，对压电陶瓷进行切削、打磨等加工。

压电材料在传感器中的应用1压力传感器利用压电效应测量压力变化。2加速度传感器利用压电效应测量加速度变化。3声波传感器利用压电效应测量声波信号。4振动传感器利用压电效应测量振动信号。

压电驱动器设计原理1电压输入将电压信号输入到压电材料。2形变输出压电材料在电场作用下发生形变，驱动机械结构。3精度控制通过控制电压信号的频率和幅值，可以实现高精度控制。

磁致伸缩材料概述1定义磁致伸缩材料是指在磁场作用下会发生尺寸变化的材料。2效应磁致伸缩效应是指磁场作用下材料的尺寸变化现象。3应用磁致伸缩材料广泛应用于传感器、驱动器、声呐等领域。

磁致伸缩效应原理磁场强度伸缩量

磁致伸缩材料的性能特征伸缩系数磁致伸缩材料在磁场作用下伸缩的程度，称为伸缩系数。饱和磁化强度材料在磁场作用下能够达到的最大磁化强度。居里温度材料失去磁性的温度，高于居里温度，磁致伸缩效应消失。

磁致伸缩材料的应用领域

电流变材料的特性电流变材料是指在电场作用下其粘度发生显著变化的材料。电流变效应是指电流变材料在电场作用下粘度发生变化的现象。电流变材料的粘度变化可以迅速响应电场变化，具有可控性和快速响应性。

电流变效应的机理1电场作用当电流变材料受到电场作用时，材料内部的极性粒子会发生排列。2链状结构极性粒子在电场作用下形成链状结构，阻碍流体流动。3粘度增加链状