智能结构发展史

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1、智能结构发展史智能结构发展史本文由 zxd1418 贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。湖南工学院题目 智能结构发展史班级： 班级：机本 0902 姓名： 姓名：张孝东 学号： 学号：09201440223 日期： 日期：2011 年 4 月 5 日智能结构发展史摘要：本文给出了智能结构的定义，详细论述了智能结构发展史，分析了智能结构发展过程 摘要 中有待解决的几个关键问题，介绍了智能结构的一些应用，以及主要的发展方向。 关键词： 关键词：智能结构 发展史 发展状况 具体应用Abstract ：In this paper, the d

2、efinition of smart structures, smart structures are discussed in detail the development history of the development process of intelligent structure to be solved several key issues, describes some applications of smart structures, and the main direction of development. Keyword：Smart Structures、Histor

3、y、Development、Specific applications智能结构是一种仿生结构体系，它集主结构、传感器、控制器及驱动器于一体，不仅具 有承载功能，还能感知和处理内外部环境信息，并通过改变结构的物理性质使结构形变，对 环境作出响应，实现结构健康自诊断、自监控、环境自适应以及损伤自愈合自修复的生命特 征及智能功能，在危险发生时能自己保护自己。 智能结构系统的诞生是信息学科与工程及材料学科相互渗透与融合的结果。智能结构已 在军用航空航天，民用航空航天、汽车、船舶、土木工程及水利工程方面展现出广阔的应用 前景。 它是减灾防灾的前沿问题， 已在一些重要工程的结构健康监测与控制方面展现出良好

4、 的应用前景。一、智能结构的发展史1.1 智能结构的诞生近十年来， 随着科学技术， 特别是航空、 航天技术的飞速发展， 对材料的要求越来越高。 人们发现，传统材料一旦制成成品，就不可能在其使用过程中对其性能实施动态监控；并且 传统材料只能被动地受环境的影响，不能针对环境的变化作出适当的反应。针对这些不足， 在 70 年代末 80 年代初，美国军方为提高其飞行器的性能，首先提出了“智能”结构 （smartsturetures 或 Intellignetstureutres)的概念。1.2 国外的发展状况自 1984 年美国首先开展智能结构的研究以来，目前在美国、日本、英国、意大利等国 家都己成立

5、了智能材料机构的研究所。 美国是最早从事这一领域研究的国家， 军方和一些政府机构直接参与了这项工作。 参与 智能材料和结构研究与发展的主要机构有美国陆军研究局、弹道导弹防御局、航空航天局、 空军(主要是怀特实验室)和海军科研局，以及波音、麦道、TRW、联合机身公司等大公司和 许多大学。 日本 NASDA(宇航局)和 SIAS(宇航研究院)也很早就开始了有关研究计划，研究大型空 间结构的形状控制问题。日本通产省共技院把智能结构系统列入 1995 年开始实施的基础科 学先导研究的七大项目之一。 欧洲智能材料和结构的研究以德、英、法、意为主。欧洲工业基础研究中心(BRITE)成 立了专门机构对此进行

6、研究。从 1989 至 1991 年，英、法、意三国的 7 家公司在欧共体的支 持下完成了欧洲这一领域第一个合作研究计划“复合材料光学传感计划(OSIFIC)” 。90 年代初，英国成立了欧洲这一领域首家专门研究机构“斯特拉斯立德大学智能材料与结构研究 所” 。德国宇航研究院是欧洲从事这一研究的主要机构，它曾将采用植入光纤的自诊断智能 结构用于可重复使用运载器的损伤探测和评估以及用于“未来欧洲航天运输系统计划少 EsTIP)”进行研究。 目前欧洲对飞机的健康监测、 直升机主动减振、 空间结构的自适应形状控制和阻尼减振、 汽车的自适应消声和减振都开展了研究。1.3 国内的发展状况虽然我国在智能结

7、构及其系统的研究方面尚处于起步阶段， 但是己经呈现出一幅 “百花 齐放，百家争鸣”的欣欣向荣的局面。国家自然科学基金委员会与航空部已设立了多个智能 结构的科研项目， 许多高等院校与研究所己开展了这方面的研究工作。 例如对机舱内噪声控 制的研究、机器人柔性臂的振动控制、铁路长轨伸缩量的控制等#。南京航天航空大学成 立了智能材料结构研究所，重庆大学也成立了智能结构研究中心。此外，上海交通大学，哈 尔滨工业大学，天津大学，华侨大学，北京工业大学等等一大批高等院校和研究所的许多专 家、学者奋斗在智能结构这一新型领域。二、智能结构的发展前景智能结构系统的诞生是信息学科与工程及材料学科相互渗透与融合的结果

8、。 智能结构已 在应用航空航天，民用航空航天、汽车、船舶、土木工程及水利工程方面展现出广阔的应用 前景。 它是减灾防灾的前沿问题， 已在一些重要工程的结构健康监测与控制方面展现出良好 的应用前景。 智能结构给各类工程结构带来重大的挑战， 引起世界发达国家和许多发展中国 家的极大重视，被列为优先发展的研究领域和优先培育的 21 世纪高新技术产业之一。对智 能材料和结构理论、技术、方法、应用方面的探索，是下个世纪工程科学技术的新学科增长 点，值得我们重视。其中，智能材料的机理和设计(尤其是多相材料的剪切力学响应)、智能 结构的动力学分析(尤其是对于非线性变形的实验研究)、中央控制系统快速收敛算法的

9、本身 优化，展现相当广阔的研究前景。长期以来，人们梦想工程结构能仿照生物体结构，具有生 命，具有智能。它们具有神经系统，能感知结构整体形变与动态响应，局部的应力应变和受 损伤的情况;它们具有肌肉，能自动改变或调节结构的形状、位置、强度、刚度、阻尼、或 振动频率;它们具有大脑，能实时地监测结构健康状态，迅速地处理突发事故，并自动调节 和控制，以使整个结构系统始终处于最佳工作状态;还具有生存和康复能力，在危险发生时 能自己保护自己，并继续存在下来。可是在过去，这只是一场梦，然而在智能结构研究蓬勃 发展的今天，这已经不再只是梦，也许明天我们就能凭借智能结构来圆我们的梦。三、目前的具体应用80 年代以

10、来，欧美、日本等国以及中国在建筑物、铁路、桥梁、海洋平台、水坝和高 速公路等结构的健康监测和安全评定的智能结构系统研究等方面形成了多学科交叉研究热 点，并取得了一些实质性的进展。美国 80 年代中后期开始在多座桥梁上布设监测传感器，用以验证设计假定、 监视施工质量和服役安全状态。 例如， 佛罗里州的 SunshineSkywayBridge 桥上安装了 500 多个传感器;英国 80 年代后期开始研制和安装大型桥梁的监测仪器和设备， 并调查和比较了多种长期监测系统的方案(张启伟，1999)：我国香港的 LnatauFixedCorSSing大桥、 青马大桥以及内陆的虎门桥和江阴长江大桥也都在施

11、工期间安装了传感装置， 用于检 测建成后的服役安全状态;渤海石油公司为了确保海洋采油平台的服役安全，四、急需发展的智能结构当前的智能结构还处在较低级的水平， 远没有达到我们期望的功能。 智能结构是在智能 材料发展的基础上发展完善的，在这个过程中将面临下述问题: (l)元器件高智能化和微型化。 (2)本质上结构是分布参数系统，且存在材料性能、尺寸和装配公差，以及连接等不确定性 和非线性， 这与控制设计的模型相差甚远。 与之相应的分布式系统控制方法还有待发展和完 善，以使其稳定性和鲁棒性都得到保证。五、今后的主要研究方向： 今后的主要研究方向：1 研制低能耗、大应变量、高稳定和高寿命的致动器材料： 研制耐高温、低成本、易与基体材料交融的光纤传感器： 研制可植入基体材料中的高性能微电子器件： 新的结构控制技术： 开发智能结构的设计、制造技术等。参考文献： 参考文献：1 孙四海、刘军. 智能材料与智能结构及其应用. J .淮南职业技术学院学报.2003 2 王涛. 智能结构分析的样条有限电法. J . 2004 3 蒋宇平、秦嵘、朱林琦. 智能结构的发展和应用. J .19981