《智能材料 第2版》-陳英杰 (習(xí)題解答)

第一章緒論1.什么是智能材料？常見的智能材料有哪些？智能材料是一種能感知外部刺激，能夠判斷并適當(dāng)處理且本身可執(zhí)行的新型功能材料，集傳感器、驅(qū)動(dòng)器和控制系統(tǒng)于一體，體現(xiàn)了生物的特有屬性，對環(huán)境具有自感知和記憶、自適應(yīng)、自修復(fù)能力。常見的智能材料有光導(dǎo)纖維、壓電材料、電（磁）流變液、形狀記憶材料、磁致伸縮材料、智能高分子材料等。2.簡述智能材料的發(fā)展。20世紀(jì)80年代中期人們提出智能材料概念，其源于功能材料。美國研究較實(shí)用，日本偏重于澄清概念。此后相關(guān)會(huì)議不斷，智能材料發(fā)展迅速。近年來取得顯著進(jìn)步，但仍需創(chuàng)新和深入研究，未來有集成化和小型化、開發(fā)神經(jīng)中樞網(wǎng)絡(luò)控制材料、完善仿生功能等發(fā)展趨勢。3.什么是智能材料結(jié)構(gòu)？智能材料結(jié)構(gòu)有哪些特點(diǎn)？智能材料結(jié)構(gòu)是將智能材料形成的驅(qū)動(dòng)件和傳感元件緊密融合在結(jié)構(gòu)中，同時(shí)集成控制電路等，通過激勵(lì)和控制，使結(jié)構(gòu)具有承受荷載、識別、分析、處理及控制等多種功能，能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和參數(shù)檢測，還具有自診斷、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自修復(fù)、自增值、自衰減等能力。4.簡述智能材料的發(fā)展趨勢。智能材料的發(fā)展趨勢主要包括三個(gè)方面：一是集成化和小型化，以滿足智能結(jié)構(gòu)多功能需要并利于埋入和復(fù)合；二是開發(fā)神經(jīng)中樞網(wǎng)絡(luò)控制材料，為智能材料提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)、學(xué)習(xí)和決策功能；三是完善仿生功能，使其具備類似生物體的多種功能，如承載、監(jiān)測、調(diào)整、修復(fù)和學(xué)習(xí)決策等能力。5.簡述發(fā)展智能材料的可行性。發(fā)展智能材料具有可行性，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：材料科學(xué)與技術(shù)為其誕生奠定基礎(chǔ)，先進(jìn)復(fù)合材料使傳感器等的復(fù)合集成成為可能；對功能材料特性的探索及微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，為材料耦合特性利用等打下基礎(chǔ)；軍事需求與工業(yè)界介入使其成為研究熱點(diǎn)，加速實(shí)用化進(jìn)程；土木工程全壽命周期智能化建造促使多學(xué)科交叉融合，也推動(dòng)了智能材料發(fā)展。6.智能材料內(nèi)部應(yīng)具有哪些生物功能？智能材料內(nèi)部應(yīng)具有或部分具有以下生物功能：有反饋功能，能通過傳感神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)輸入輸出信息比較并提供給控制系統(tǒng)；有信息積累和識別功能，能積累、區(qū)分和分析解釋傳感網(wǎng)絡(luò)信息；有學(xué)習(xí)能力和預(yù)見性功能，能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對外界刺激做出反應(yīng)并預(yù)見未來；有響應(yīng)性功能，能根據(jù)環(huán)境變化動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)自身；有自修復(fù)功能，能修補(bǔ)局部破損；有自診斷功能，能對情況進(jìn)行比較和自診斷校正；有自動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡及自適應(yīng)功能，能根據(jù)外部環(huán)境調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)和行為。7.什么是耗散結(jié)構(gòu)？耗散結(jié)構(gòu)是指從環(huán)境輸入能量或（和）物質(zhì)，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦偷挠行蛐螒B(tài)，這種形態(tài)依靠不斷地耗散能量或（和）物質(zhì)來維持。生命系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，通過與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量交換，引進(jìn)負(fù)熵，從無序產(chǎn)生新的有序結(jié)構(gòu)，如生物體不斷攝取能量維持生命活動(dòng)，其機(jī)體就是保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的耗散結(jié)構(gòu)。8.執(zhí)行材料有哪些？感知材料有哪些？執(zhí)行材料如膨脹合金、雙金屬片、形狀記憶合金、電致伸縮材料、電流變液、磁致伸縮材料、磁流變液等。感知材料有聲發(fā)射材料、電感材料、光導(dǎo)纖維、磁致伸縮材料、壓電材料、形狀記憶材料、電阻應(yīng)變材料、X感光材料等。其中磁致伸縮材料、壓電材料和形狀記憶材料等兼具感知和執(zhí)行功能。9.材料的自適應(yīng)性是指什么？材料的自適應(yīng)性是指材料中存在類似生物的自診斷、自調(diào)整、自適應(yīng)、自恢復(fù)和自修復(fù)等能力，這些能力的產(chǎn)生是為了適應(yīng)環(huán)境變化，統(tǒng)稱為自適應(yīng)。例如利用控制論反饋概念設(shè)計(jì)的電熱智能開關(guān)，通過調(diào)整材料電阻率等實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)功能，延長設(shè)備使用壽命；還有水結(jié)冰、鋁鍋和不銹鋼餐具自修復(fù)、光致變色材料變色等現(xiàn)象也體現(xiàn)了材料的自適應(yīng)。10.智能材料分為哪幾類？各有哪些功能？智能材料根據(jù)模擬生物行為模式可分為四類：智能傳感材料：具有監(jiān)測、感知和反饋外界或內(nèi)部刺激強(qiáng)度的能力，如應(yīng)力、應(yīng)變及物理、化學(xué)、光、熱、電、磁、輻射等作用，是未來智能建筑必備組件，光纖材料是常用的傳感材料，可無損感知多種物理參數(shù)。智能驅(qū)動(dòng)材料：能對溫度、光度、電場或磁場等外界環(huán)境條件或內(nèi)部狀態(tài)變化產(chǎn)生形狀、剛度、位置、固有頻率、濕度或其它機(jī)械特性響應(yīng)或驅(qū)動(dòng)，常用的有形狀記憶合金、壓電材料、電致伸縮材料、磁致伸縮材料、電流變體、磁流變體和功能凝膠等，可根據(jù)環(huán)境變化改變自身特性，用于制作執(zhí)行或驅(qū)動(dòng)元件。智能修復(fù)材料：模仿動(dòng)物骨組織結(jié)構(gòu)和創(chuàng)傷再生恢復(fù)機(jī)理，采用粘接材料和基材復(fù)合，對材料損傷具有自行愈合和再生功能，能恢復(fù)甚至提高材料性能，是新型復(fù)合材料。智能控制材料：對智能傳感材料反饋信息具有記憶、存儲(chǔ)、判斷和決策能力，能控制和修正智能驅(qū)動(dòng)材料和智能修復(fù)材料行為，微型計(jì)算機(jī)是主要代表，其控制算法由程序提供，模擬人腦具有多方位求解復(fù)雜問題能力。11.智能材料有哪些基本組元？智能材料的基本組元包括光導(dǎo)纖維、壓電材料、電（磁）流變液、形狀記憶材料、磁致伸縮材料、智能高分子材料等。光導(dǎo)纖維利用全反射原理，可分析光傳輸特性獲得周圍參數(shù)變化，廣泛用作傳感元件；壓電材料受應(yīng)力刺激產(chǎn)生電信號，也可接收電信號輸出力或位移；電（磁）流變液在電場（磁場）下流變特性變化，可用于減振等；形狀記憶材料在特定溫度下發(fā)生相變，能記憶形狀，電阻等性能變化，可作為執(zhí)行器材料；磁致伸縮材料將磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，響應(yīng)快但輸出應(yīng)變小；智能高分子材料由三維高分子網(wǎng)絡(luò)與溶劑組成，可感知外界環(huán)境變化并膨脹收縮對外做功。12.智能材料在航空航天方面有哪些應(yīng)用？智能材料在航空航天方面應(yīng)用廣泛，如在直升飛機(jī)旋翼輪葉中，通過埋入光纖傳感器和形狀記憶合金網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)減振和診斷功能；智能蒙皮可檢測氣象條件、進(jìn)行自診斷自修復(fù)、抑制噪聲振動(dòng)、實(shí)現(xiàn)座艙環(huán)境控制，還適用于電子戰(zhàn)；翼面氣動(dòng)彈性設(shè)計(jì)中，埋入傳感和驅(qū)動(dòng)元件可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)控制；精確控制的智能結(jié)構(gòu)如空間站天線，采用智能桁架結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)和形狀控制；飛行狀態(tài)監(jiān)測方面，飛機(jī)結(jié)構(gòu)中埋入傳感器可評價(jià)結(jié)構(gòu)狀態(tài)和完整性，保障飛行安全。13.智能材料在土木工程方面有哪些應(yīng)用？在土木工程中，智能材料可用于大型混凝土結(jié)構(gòu)安全性診斷，如日本將碳素纖維和玻璃纖維組合埋入混凝土，我國研究壓敏、溫敏、自適應(yīng)混凝土等；評估鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和建筑結(jié)構(gòu)完整性，通過埋入傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測；在混凝土固化監(jiān)測中，利用光纖傳感器解決溫濕度變化引起的問題；在混凝土磚及大壩上，光纖技術(shù)可用于監(jiān)測位移、變形和應(yīng)力等；在房屋建筑中，可用于建筑系統(tǒng)管理控制、結(jié)構(gòu)監(jiān)測損傷評估和試驗(yàn)應(yīng)力分析；還可應(yīng)用于智能自修復(fù)混凝土、橋梁工程中的橋座力測量、長期監(jiān)測、振動(dòng)和損傷控制等，未來在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與保養(yǎng)、形狀自適應(yīng)結(jié)構(gòu)等方面也有應(yīng)用前景。14.簡述智能材料在紡織品、汽車領(lǐng)域、體育和醫(yī)療方面的應(yīng)用。紡織品方面：包括電子技術(shù)與紡織結(jié)合的智能紡織品，如比利時(shí)的智能跑步服、德國的多功能智能服裝、美國的溫度自控衣服；防撞服裝，如瑞士的老人智能防撞服裝；可補(bǔ)充維生素C的T恤；用于軍事方面的智能紡織品，如美軍的“天蝎高速戰(zhàn)斗服”；有毒物質(zhì)探測織物等。汽車領(lǐng)域方面：智能材料系統(tǒng)關(guān)鍵在于使汽車電子學(xué)和機(jī)械學(xué)功能結(jié)合，如壓電陶瓷可用于汽車音響系統(tǒng)減輕重量、改善燃油噴射泵性能和作為傳感器，光導(dǎo)纖維用于傳輸信息，電流變和磁流變液體用于動(dòng)力系和底盤試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)結(jié)構(gòu)聲控，形狀記憶合金材料可用于吸收振動(dòng)、降低應(yīng)力集中，在動(dòng)力系支座等方面應(yīng)用前景廣闊，智能材料將促進(jìn)汽車向多方向發(fā)展。體育和醫(yī)療方面：在體育中，部分網(wǎng)球拍網(wǎng)絲換用形狀記憶合金絲可改變球拍柔性；在醫(yī)療方面，形狀記憶合金絲可用于治療肺血栓、連接斷骨等，智能醫(yī)用膠帶能促進(jìn)傷口愈合且自動(dòng)脫落，機(jī)敏材料制造的藥物送進(jìn)系統(tǒng)和人造器官可用于監(jiān)測生理變化和替代人體器官，如人造胰臟可觀測血糖并釋放胰島素。

第二章形狀記憶合金1.簡述形狀記憶合金的發(fā)展史。20世紀(jì)30年代發(fā)現(xiàn)某些合金在加熱與冷卻過程中馬氏體會(huì)收縮與長大，1963年美國發(fā)現(xiàn)等原子比NiTi合金具有良好形狀記憶效應(yīng)，1970年美國將其用于宇宙飛船天線，此后在多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。日本每年有大量相關(guān)專利，涉及眾多領(lǐng)域。目前智能材料結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)研究又拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。我國記憶合金產(chǎn)業(yè)起步晚但起點(diǎn)高，近年來取得長足進(jìn)步，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。2.形狀記憶合金應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？形狀記憶合金在汽車、機(jī)器人、航空航天、生物醫(yī)藥、生活日用等領(lǐng)域均有應(yīng)用。在汽車上用于制動(dòng)器、防噪裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)燃料氣體控制裝置等；在機(jī)器人中用于控制手指動(dòng)作和整體位置動(dòng)作等；在航空航天領(lǐng)域用于人造衛(wèi)星天線；在生物醫(yī)藥領(lǐng)域用于制作醫(yī)用支架；在生活日用方面有記憶胸罩、眼鏡架等產(chǎn)品。3.簡述馬氏體相變的概念及其特征。馬氏體相變是金屬在冷卻或加熱過程中發(fā)生的一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。一般材料的馬氏體形核后迅速長大到一定尺寸后，轉(zhuǎn)變依靠新馬氏體形核長大。形狀記憶合金中的馬氏體相變具有熱彈性特征，即馬氏體可隨溫度降低而長大、升高而縮小，這種馬氏體叫熱彈性馬氏體。形狀記憶合金冷卻時(shí)母相轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，加熱時(shí)馬氏體逆轉(zhuǎn)變?yōu)槟赶?，其相變點(diǎn)受合金成分和熱處理工藝控制，如NiTi合金相變點(diǎn)在–100~+100°C之間變化。4.什么是熱彈性馬氏體？熱彈性馬氏體是形狀記憶合金中一種特殊的馬氏體，它能夠隨著溫度的變化而發(fā)生可逆的長大和縮小。在冷卻過程中，合金的母相轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而在加熱過程中，馬氏體又可以逆轉(zhuǎn)變回母相。這種熱彈性馬氏體的相變特性是形狀記憶合金具有形狀記憶效應(yīng)的重要原因。5.形狀記憶效應(yīng)分為哪幾類？形狀記憶效應(yīng)分為單程形狀記憶、雙程形狀記憶和全方位形狀記憶。單程形狀記憶是指材料變形后，從變形溫度少許加熱可回復(fù)到高溫固有形狀，冷卻或加熱形狀不變；雙程形狀記憶是指經(jīng)特殊時(shí)效處理后，在加熱和冷卻循環(huán)中能重復(fù)記住高溫和低溫兩種形狀；全方位形狀記憶是指在實(shí)現(xiàn)雙程記憶基礎(chǔ)上，繼續(xù)冷卻到更低溫度出現(xiàn)與高溫完全相反形狀。6.單程形狀記憶是指什么？單程形狀記憶是指形狀記憶合金在受到外應(yīng)力產(chǎn)生應(yīng)變后，去除應(yīng)力應(yīng)變不能完全恢復(fù)，而在隨后加熱超過馬氏體相消失溫度時(shí)，材料能完全恢復(fù)到變形前形狀。此后若進(jìn)行冷卻或加熱，形狀將保持不變，仿佛合金記住了高溫狀態(tài)賦予的變形。7.雙程形狀記憶是指什么？雙程形狀記憶是指形狀記憶合金經(jīng)過特殊的時(shí)效處理后，在隨后的加熱和冷卻循環(huán)過程中，能夠重復(fù)地記住高溫狀態(tài)和低溫狀態(tài)下的兩種不同形狀。8.什么叫偽彈性？偽彈性是指形狀記憶合金在高于溫度拉伸時(shí)，拉伸過程中先出現(xiàn)彈性應(yīng)變，之后因發(fā)生P?M相變產(chǎn)生附加應(yīng)變；去除應(yīng)力時(shí)，由于馬氏體逆轉(zhuǎn)變滯后，先發(fā)生彈性恢復(fù)，之后附加應(yīng)變因馬氏體逆轉(zhuǎn)變得以恢復(fù)。其可恢復(fù)應(yīng)變量可達(dá)8%，比一般金屬材料彈性應(yīng)變量高且在應(yīng)力恒定條件下能產(chǎn)生較大應(yīng)變，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系不符合胡克定律。9.與一般金屬材料相比，形狀記憶材料有哪些特點(diǎn)？與一般金屬材料相比，形狀記憶材料具有形狀記憶效應(yīng)、偽彈性、彈性模量溫度變化特性和良好阻尼性能等特點(diǎn)。形狀記憶效應(yīng)使其能在一定條件下恢復(fù)變形前形狀；偽彈性可恢復(fù)應(yīng)變量大且恒彈性；彈性模量在高溫奧氏體狀態(tài)是低溫馬氏體狀態(tài)的3倍以上，可通過改變溫度控制彈性模量；阻尼性能比普通金屬好，馬氏體奧氏體混合態(tài)阻尼性能最佳。10.形狀記憶材料有哪些力學(xué)特性？形狀記憶材料具有形狀記憶效應(yīng)，能記憶并回復(fù)至奧氏體狀態(tài)形狀，回復(fù)過程快，受約束時(shí)可產(chǎn)生較大回復(fù)力，此回復(fù)應(yīng)力可作驅(qū)動(dòng)力或控制結(jié)構(gòu)剛度；具有超彈性效應(yīng)，在高溫奧氏體狀態(tài)恒溫拉伸除產(chǎn)生變形還產(chǎn)生馬氏體相變，可制成耗能器消耗振動(dòng)能量；彈性模量隨溫度變化，高溫時(shí)彈性模量是低溫時(shí)3倍以上，可通過預(yù)埋入結(jié)構(gòu)改變組織來改變結(jié)構(gòu)剛度和固有頻率；阻尼性能好，馬氏體奧氏體混合態(tài)阻尼性能最佳，可制成高性能振動(dòng)阻尼器。11.研究形狀記憶材料的本構(gòu)關(guān)系時(shí)有哪些力學(xué)模型？研究形狀記憶材料本構(gòu)關(guān)系的力學(xué)模型主要有四類：(1)基于熱動(dòng)力學(xué)理論，根據(jù)自由能構(gòu)成推導(dǎo)的本構(gòu)模型：如Falk基于Landau理論提出的Helmholtz自由能函數(shù)模型，考慮晶體剪切運(yùn)動(dòng)；Maugin提出的離散模型考慮剪切和軸向運(yùn)動(dòng)耦合，討論孤波解，但距工程應(yīng)用遠(yuǎn)且未研究多晶體本構(gòu)行為。(2)從相界運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)出發(fā)推導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型：以Abeyaratne和Knowles等提出的模型為代表，將相界運(yùn)動(dòng)看作準(zhǔn)靜態(tài)過程，結(jié)合Helmholtz自由能等提出一維本構(gòu)關(guān)系并討論相關(guān)行為描述能力。(3)唯象理論模型：基于熱力學(xué)、熱動(dòng)力學(xué)和相變動(dòng)力學(xué)的本構(gòu)關(guān)系：包括Tanaka模型及其系列改進(jìn)模型，如Liang和Rogers引入相變發(fā)展余弦關(guān)系，Brinson進(jìn)一步發(fā)展并用于有限元計(jì)算，Boyd和Lagoudas將其推廣到三維狀態(tài)；Ivshin和Pence模型從純動(dòng)力學(xué)理論出發(fā)，得到控制應(yīng)力-應(yīng)變-溫度關(guān)系和相變發(fā)展的方程。帶有塑性理論特點(diǎn)的本構(gòu)關(guān)系：如Bertram引入依賴溫度的屈服準(zhǔn)則，Achenbach提出具有內(nèi)變量的塑性流動(dòng)本構(gòu)關(guān)系，Graesser等建立相對簡單增率形式本構(gòu)關(guān)系并可推廣到三維狀況。(4)細(xì)觀力學(xué)模型：采用熱力學(xué)基礎(chǔ)描述相變，通過細(xì)觀力學(xué)方法描述組織相互作用能，如Sun-Hwang模型、Ranjecki-Lexcellent模型和Patoor模型等，但對于多晶材料相變內(nèi)變量演化方法各異，復(fù)雜加載情況是研究重點(diǎn)。12.簡述形狀記憶材料的應(yīng)用。形狀記憶材料在多個(gè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如汽車上用于制動(dòng)器等提高安全性等；機(jī)器人中用于控制手指動(dòng)作等；航空航天領(lǐng)域用于人造衛(wèi)星天線，可折疊發(fā)射后展開；生物醫(yī)藥領(lǐng)域用于制作醫(yī)用支架，在血管中恢復(fù)形狀起支撐作用；生活日用方面有記憶胸罩、眼鏡架等產(chǎn)品。我國形狀記憶合金應(yīng)用和開發(fā)研究起步晚但起點(diǎn)高，近年來發(fā)展迅速，在產(chǎn)業(yè)化方面取得進(jìn)步，生產(chǎn)成本降低，應(yīng)用領(lǐng)域拓寬，未來在絲棒板材、醫(yī)用產(chǎn)品等方面將是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢。

第三章壓電材料1.什么是壓電效應(yīng)？請畫圖說明正壓電效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理和產(chǎn)生壓電效應(yīng)需要的條件。壓電效應(yīng)是反映壓電晶體的彈性和介電性相互耦合作用的現(xiàn)象，包括正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。正壓電效應(yīng)是指壓電晶體在外力作用下發(fā)生變形時(shí)，在其某些相對應(yīng)的面上產(chǎn)生異號電荷的現(xiàn)象，此時(shí)電荷與應(yīng)力成正比，表達(dá)式為Dm=dmjTj或Dm=emiS2.舉例說明壓電材料類別，高分子壓電材料有何突出優(yōu)點(diǎn)？壓電材料主要包括壓電陶瓷和高分子壓電材料等類別。壓電陶瓷如單元系壓電陶瓷（BaTiO3）、二元系壓電陶瓷（3.壓電單晶的生長法有哪些缺點(diǎn)？(1)水熱溫差法對原料純度要求高：需要高純度的天然石英石作為培養(yǎng)體，若石英石中含有雜質(zhì)，會(huì)在晶體生長過程中傳播，影響晶體質(zhì)量和生長速度.生長周期長：一般需要較長的時(shí)間來完成晶體生長，例如通常保溫保壓50-55天才能得到壓電水晶，生產(chǎn)效率相對較低.設(shè)備要求高：需要在密封的高壓釜內(nèi)進(jìn)行，對高壓釜的材質(zhì)、密封性能等要求嚴(yán)格，設(shè)備成本高，且操作復(fù)雜，需要專業(yè)的技術(shù)人員和嚴(yán)格的安全措施來保證生長過程的穩(wěn)定性和安全性。(2)坩堝下降法單晶質(zhì)量受限：生長過程中單品均與坩堝接觸，容易在單品表面引入雜質(zhì)和缺陷，影響單品的質(zhì)量和性能，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力大、缺陷多等問題.材料選擇受限：不適用于生長負(fù)熱膨脹材料，因?yàn)樵诮禍剡^程中，材料的收縮可能會(huì)導(dǎo)致晶體與坩堝壁之間產(chǎn)生較大的應(yīng)力，從而使晶體產(chǎn)生裂紋或破裂.難以實(shí)時(shí)觀察：生長過程在坩堝內(nèi)進(jìn)行，無法直接觀察到晶體的生長情況，難以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)生長參數(shù)，不利于對晶體生長過程的精確控制.(3)提拉法材料適用范圍有限：不適用于生長反應(yīng)性較強(qiáng)或者熔點(diǎn)極高的材料，因?yàn)檫@些材料在高溫下容易與周圍環(huán)境發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或者需要極高的溫度才能熔化，這對設(shè)備和工藝控制提出了極高的要求，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的生長.組分控制困難：當(dāng)熔體中含有易揮發(fā)物質(zhì)時(shí)，在提拉過程中，易揮發(fā)物質(zhì)的揮發(fā)會(huì)導(dǎo)致熔體的組分發(fā)生變化，從而影響單品的化學(xué)計(jì)量比和性能，使得單品的組分控制較為困難.設(shè)備和工藝要求高：需要精確控制溫度、提拉速度和旋轉(zhuǎn)速度等參數(shù)，以保證晶體的生長質(zhì)量和尺寸均勻性。設(shè)備的精度和穩(wěn)定性對晶體生長結(jié)果有很大影響，而且工藝過程復(fù)雜，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員進(jìn)行操作和調(diào)試。(4)助熔劑法引入雜質(zhì)：助熔劑的使用會(huì)不可避免地引入雜質(zhì)離子/原子，即使是使用自助熔劑，如、等，也會(huì)由于其自身的特性或在生長過程中的揮發(fā)等原因，在晶體中產(chǎn)生不良影響，降低晶體的質(zhì)量.生長速度慢：通常晶體生長速度較慢，導(dǎo)致生長周期較長，生產(chǎn)效率不高，增加了生產(chǎn)成本和時(shí)間成本.晶體尺寸?。阂话闱闆r下，采用助熔劑法生長的晶體尺寸相對較小，難以獲得大尺寸的高質(zhì)量單品，限制了其在一些對晶體尺寸要求較高的領(lǐng)域的應(yīng)用.(5)固相生長法工藝控制難度大：生長工藝相對難以控制，需要對原料的預(yù)處理、燒結(jié)溫度、時(shí)間、壓力等多個(gè)參數(shù)進(jìn)行精確調(diào)控，否則容易導(dǎo)致晶體生長不均勻、缺陷較多等問題.形狀和取向控制有限：雖然可以通過籽晶誘導(dǎo)等方式控制生長方向，但對于復(fù)雜形狀和特定結(jié)晶方向的控制仍存在一定難度，難以滿足一些特殊應(yīng)用對晶體形狀和取向的嚴(yán)格要求.4.指出壓電常數(shù)和的物理意義。根據(jù)壓電方程Dm=dmjTj（m=1,2,3,j=1,2,3,4,5,6），壓電常數(shù)d11表示在x方向（對應(yīng)1方向）施加應(yīng)力T1時(shí)，在x方向產(chǎn)生的電位移D1與應(yīng)力T1的比例關(guān)系，其物理意義為應(yīng)力在x方向產(chǎn)生電位移的能力（單位m/V）。由Si=sijETj+dniEn和En=?gnjTj5.機(jī)電耦合系數(shù)的意義是什么？壓電陶瓷常用的機(jī)電耦合系數(shù)有哪些？機(jī)電耦合系數(shù)K表示壓電體電能與機(jī)械能的耦合程度，其平方定義K2為轉(zhuǎn)換獲得的能量與輸入總能量之比。對于逆壓電效應(yīng)，K2為輸出的機(jī)械能與輸入的電能之比；對于正壓電效應(yīng)，K2為輸出的電能與輸入機(jī)械能之比。壓電陶瓷常用的機(jī)電耦合系數(shù)有代表圓片徑向振動(dòng)的Kp、厚度振動(dòng)的Kt、縱向振動(dòng)的K3-3、長方形薄片長度伸縮振動(dòng)的K3-1、厚度剪切振動(dòng)K1-3的等。6.與壓電單晶材料相比，壓電陶瓷有何特點(diǎn)呢？壓電單晶材料如SiO2（水晶）、LiNbO3（鈮酸鋰）、LiTaO3（鉭酸鋰）等，具有穩(wěn)定性好、一致性好、居里點(diǎn)高、壓電常數(shù)小、壓電性能全面等特點(diǎn)，但生長困難、成本高、尺寸小，不利于廣泛應(yīng)用。壓電陶瓷如BaTiO3、PbTiO3、Pb(ZrxTi1-x)O3等，具有居里點(diǎn)高、壓電性強(qiáng)、易改性和穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，制造工藝相對簡單、容易批量生產(chǎn)、價(jià)格較低，但其脆性大、極限應(yīng)變小、密度大，與結(jié)構(gòu)粘合后對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能影響較大。

第四章電磁流變體1.電流變效應(yīng)有哪些特征？電流變效應(yīng)是指某些復(fù)雜液體在一定強(qiáng)度的電場作用下，在毫秒量級的時(shí)間內(nèi)其流變性能發(fā)生急劇、可逆變化的效應(yīng)。其特征包括：在電場作用下，液體粘度可在幾毫秒內(nèi)提高幾個(gè)數(shù)量級，材料呈現(xiàn)粘塑性固體形態(tài)；撤去電場后，幾乎立即恢復(fù)到低粘度液體狀態(tài)；電流變液的粘度與電場強(qiáng)度、頻率、變形歷史、溫度以及組成粒子和液體的性能、含量、形狀等微結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)。2.電流變液體由哪三部分組成？絕大多數(shù)電流變液由三部分組成：可極化的固體顆粒為分散質(zhì)，絕緣油作為分散劑，另外含有少量電流變活化劑。3.在選擇固體微粒材料時(shí)，應(yīng)遵循什么原則？在選擇固體粒子的材料時(shí)，一般應(yīng)遵循以下原則：固體粒子應(yīng)具有高的磁化率和低的磁滯率，極化強(qiáng)度和極化率與磁化率密切相關(guān)，磁化率越高，磁流變效應(yīng)越強(qiáng)。固體粒子要有與基液相適應(yīng)的比重，以防止沉淀過快。適當(dāng)?shù)墓腆w粒子大小和合理的粒子形狀，一般是0.5-5μm球形粒子。穩(wěn)定的化學(xué)性能和物理性能，以保證較長的工作壽命和磁流變效應(yīng)的穩(wěn)定性。耐磨、無毒，對接觸材料無腐蝕性。此外，固體粒子一般使用軟磁材料，具有高磁化率、低矯頑力、高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、低磁損耗和良好穩(wěn)定性等特點(diǎn)。4.試用雙電層畸變及交疊理論解釋電流變效應(yīng)在多相體系中發(fā)生的原因。雙電層由緊密吸附在微粒表面的單層離子和延伸到液體中的擴(kuò)散層組成。在電場作用下，雙電層誘導(dǎo)極化導(dǎo)致電荷不平衡分布，雙電層發(fā)生形變，變形雙電層間靜電相互作用使流體發(fā)生剪切流動(dòng)且使耗散的能量增加，強(qiáng)度增加。當(dāng)雙電層重疊時(shí)，靜電相互作用更大。雙電層機(jī)理的定性分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，成功解釋了電流變液的流變性能與電場強(qiáng)度、分散相體積分?jǐn)?shù)以及溫度之間的關(guān)系。但由電粘效應(yīng)引起的粘度增加不大，一般在兩倍以內(nèi)，與電流變效應(yīng)有本質(zhì)區(qū)別，所以雙電層的極化、變形和交疊不是多數(shù)體系中電流變效應(yīng)產(chǎn)生的主要原因，但在一些體系中有實(shí)際意義，對研制穩(wěn)定性良好的電流變液有一定參考價(jià)值。5.磁流變液有什么特征？磁流變液的特征包括：在外部磁場作用下，流體的流變性質(zhì)發(fā)生突變，迅速固化失去流動(dòng)性，固化是瞬變過程（毫秒內(nèi)完成）且可逆；液態(tài)和固態(tài)轉(zhuǎn)換可逆、可控，能量消耗低、溫度穩(wěn)定、安全可靠；表觀粘度隨磁場強(qiáng)度變化連續(xù)無級，磁場響應(yīng)敏感（響應(yīng)時(shí)間毫秒級）；磁流變效應(yīng)使材料的流變性、磁化性、導(dǎo)電性、傳熱性及其他物理性質(zhì)顯著改變。6.試分析良好的磁流變液應(yīng)具備什么性能？良好的磁流變液應(yīng)具備以下性能：固體粒子應(yīng)具有高的磁化率和低的磁滯率，合適的比重、大小、形狀，穩(wěn)定的化學(xué)和物理性能，耐磨、無毒、無腐蝕性，常用軟磁材料如碳基鐵粉和鐵合金粉等?；簯?yīng)具有高沸點(diǎn)、低凝固點(diǎn)、低場粘度、大密度和良好化學(xué)穩(wěn)定性，常用礦物油、硅油和機(jī)油等。添加劑能提高粒子磁化率、增強(qiáng)極化能力、改善潤濕性、防止粒子沉淀，常用磺酸鹽、油酸、偶聯(lián)劑等。此外，磁流變液應(yīng)具有良好的磁流變效應(yīng)，屈服應(yīng)力較高，溫度工作范圍大且穩(wěn)定性好，對污染和雜質(zhì)不敏感，響應(yīng)時(shí)間較短，所需場源電壓低且易于實(shí)現(xiàn)，達(dá)到相同控制效果所需體積小、功耗合理。7.試說明磁流變體的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？磁流變體的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括但不限于以下方面：能源傳輸：如液壓控制、伺服閥等采用管道流模式的設(shè)備。航空航天技術(shù)：可用于飛行器結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制等。結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制：如磁流變阻尼器用于建筑、橋梁的抗震控制。機(jī)器人控制系統(tǒng)：電流變離合器可用于機(jī)器人控制等領(lǐng)域。生物醫(yī)學(xué)工程：電流變作動(dòng)器有望在醫(yī)學(xué)治療等虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域發(fā)揮作用。汽車工業(yè)：磁流變液減震器廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，磁流變液雙質(zhì)量飛輪用于傳動(dòng)系扭振控制，磁流變液潤滑浮環(huán)軸承用于軸承潤滑和控制。光學(xué)領(lǐng)域：如光學(xué)開關(guān)、光學(xué)透鏡磨制加工工藝等。其他：還包括智能支座、密封、潤滑、醫(yī)療器械等，以及磁流變拋光技術(shù)、軟模成形工藝、夾層梁、柔順關(guān)節(jié)等方面的應(yīng)用。

第五章智能纖維材料1.導(dǎo)電纖維可以分為幾種？電子傳導(dǎo)纖維又可分為幾種？導(dǎo)電纖維可大致分為電子傳導(dǎo)纖維、離子傳導(dǎo)纖維、感應(yīng)性（介電質(zhì)性）纖維。電子傳導(dǎo)纖維又分為合成纖維和纖維自身中具有電子的非定域化和電荷移動(dòng)絡(luò)化物的導(dǎo)電性纖維。2.按傳輸模式光纖可分為哪幾種？其直徑分別是多少？按傳輸模式可以將光纖分為單模光纖和多模光纖。標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖纖芯直徑為8-10μm，多模光纖纖芯直徑約為50μm，標(biāo)準(zhǔn)的單模和多模光纖包層直徑均為125μm2。3.光纖傳感系統(tǒng)由什么組成？與傳統(tǒng)的各種傳感器比較有何優(yōu)點(diǎn)？光纖傳感系統(tǒng)一般由光發(fā)送器（光源）、敏感組件、光接收器、信號處理系統(tǒng)以及光傳輸線路組成。與傳統(tǒng)的各種傳感器比較，光纖傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、損耗低、頻帶寬、抗電磁干擾、耐腐蝕、電絕緣性好、防爆、光路可撓曲、便于與計(jì)算機(jī)連接、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，能夠傳感多種物理量和化學(xué)量，工作可靠。4.光纖傳感器的分類。按光纖在傳感系統(tǒng)中所起的作用，可分為傳光型光纖傳感器（光導(dǎo)纖維僅起導(dǎo)光作用，敏感組件由非光纖元器件構(gòu)成）和傳感型光纖傳感器（利用特種光纖或光纖特定結(jié)構(gòu)作為敏感組件，敏感組件和光信號傳輸線路均由光纖構(gòu)成）。按被調(diào)制的光波參數(shù)不同，可分為強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器、相位調(diào)制光纖傳感器、偏振調(diào)制光纖傳感器、頻率調(diào)制光纖傳感器和波長調(diào)制光纖傳感器。按被測量的外界參數(shù)不同，可分為光纖溫度傳感器、光纖位移傳感器、光纖應(yīng)變傳感器、光纖振動(dòng)傳感器、光纖電流傳感器、光纖流速傳感器、光纖濃度傳感器等，據(jù)報(bào)道已能實(shí)現(xiàn)70多種物理量和化學(xué)量的測量。5.光纖光柵制作方法包括哪些？目前光纖光柵制作方法主要包括相位掩模法、全息曝光法和逐點(diǎn)寫入法，其中相位掩模法是較為常用的方法。相位掩模法是用紫外激光照射相位掩模板或振幅掩模板，利用掩模板后的正負(fù)1級衍射光干涉形成的周期性明暗相間的直條紋對光纖進(jìn)行曝光成柵，對光纖預(yù)先采用高壓載氫技術(shù)提高光敏性，成柵后加熱退火以提高穩(wěn)定性。6.光纖對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響有哪些？光纖對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)彈性模量和拉伸強(qiáng)度影響較小，平均在3%以內(nèi)；而對抗壓強(qiáng)度和壓縮模量有較大影響，若光纖平行于載荷方向鋪設(shè)，抗壓強(qiáng)度下降相對較小（最多20%），當(dāng)光纖垂直載荷方向或同時(shí)垂直于增強(qiáng)纖維時(shí)，抗壓強(qiáng)度下降相對較大（分別最多30%和70%）。但這種影響可通過優(yōu)化光纖直徑、包層模量、包層厚度與鋪設(shè)方向來減小，一般性結(jié)論為應(yīng)盡量選用小直徑光纖，光纖包層模量應(yīng)較大但小于基體材料模量，光纖包層厚度不宜過大，光纖鋪設(shè)方向應(yīng)盡量平行于載荷方向。7.溫度變化歷程在材料的整個(gè)疲勞過程中可分為哪三個(gè)階段？在材料的整個(gè)疲勞過程中，溫度變化歷程大致可分為以下三個(gè)階段：溫度穩(wěn)定階特征：在疲勞過程的初期，材料的溫度變化相對較小，基本保持穩(wěn)定。這是因?yàn)樵谶@個(gè)階段，材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)變化還不明顯，產(chǎn)生的熱量主要來源于材料的彈性變形。由于彈性變形是可逆的，在應(yīng)力循環(huán)過程中，材料吸收和釋放的能量基本平衡，所以溫度不會(huì)出現(xiàn)顯著的升高或降低。溫度緩慢上升階段特征：隨著疲勞循環(huán)次數(shù)的增加，材料內(nèi)部開始出現(xiàn)微觀裂紋的萌生和少量擴(kuò)展。這一過程會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生不可逆的塑性變形，而塑性變形會(huì)消耗能量，其中一部分能量會(huì)以熱能的形式散發(fā)出來，使得材料的溫度逐漸上升。不過，在這個(gè)階段，溫度上升的速度相對較為緩慢，因?yàn)榱鸭y還處于初期發(fā)展階段，產(chǎn)生的熱量有限。溫度快速上升階段特征：當(dāng)材料內(nèi)部的裂紋擴(kuò)展到一定程度后，裂紋的快速擴(kuò)展和合并會(huì)導(dǎo)致材料的有效承載面積急劇減小。此時(shí)，材料在循環(huán)應(yīng)力作用下會(huì)發(fā)生大量的塑性變形，消耗更多的能量，從而使溫度快速上升。這個(gè)階段通常意味著材料已經(jīng)接近疲勞失效，溫度的快速上升是材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞的一個(gè)重要標(biāo)志。

第六章智能高分子材料1.高分子材料的智能性體現(xiàn)在哪些方面？高分子材料的智能性體現(xiàn)在能夠?qū)Νh(huán)境刺激產(chǎn)生響應(yīng)，環(huán)境刺激因素包括溫度、pH值、離子、電場、溶劑、反應(yīng)物、光或紫外光、應(yīng)力、磁場等，對這些刺激產(chǎn)生有效響應(yīng)時(shí)，其自身性質(zhì)如相、形狀、光學(xué)、力學(xué)、電場、表面能、反應(yīng)速率、滲透速率和識別性能等會(huì)隨之發(fā)生變化。2.什么是模糊材料，簡述模糊材料的發(fā)展方向。模糊材料是指其刺激響應(yīng)性不限于一一對應(yīng)，材料本身能判斷，依次發(fā)揮其調(diào)節(jié)功能，像動(dòng)物的腦那樣能記憶和判斷的材料。其發(fā)展方向是在21世紀(jì)有望不斷發(fā)展進(jìn)步，在智能性方面進(jìn)一步提升，具備更復(fù)雜和智能的調(diào)節(jié)功能，以滿足更多領(lǐng)域的需求，但文檔中未明確提及更具體的發(fā)展方向。3.簡述高分子材料的記憶功能。具有形狀記憶功能的高分子材料應(yīng)用在哪些方面？高分子材料的記憶功能體現(xiàn)在如經(jīng)過輻射交聯(lián)反應(yīng)的塑料（如聚乙烯等），加熱到結(jié)晶熔融溫度以上時(shí)，施加外力使之變形并冷卻會(huì)產(chǎn)生再結(jié)晶，將變形固定下來；再次加熱到熔融溫度以上，若不施加外力，內(nèi)存的變形會(huì)因結(jié)晶消失而恢復(fù)到原來形狀。具有形狀記憶功能的高分子材料可用于制造熱收縮空管、熱收縮膜、電動(dòng)機(jī)線圈，還可用于制造防皺、不縮水、免熨燙的形狀記憶棉纖維織物等。4.簡述智能高分子材料的設(shè)計(jì)原理。智能高分子材料功能的實(shí)現(xiàn)基于信息流（能量流）的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制，其基本原理是物質(zhì)和場（物理場或化學(xué)場）之間的交互作用。首先明確材料應(yīng)用目標(biāo)，分析控制目標(biāo)要求，確定智能復(fù)合材料控制輸入和輸出形式（物理場或化學(xué)場），關(guān)鍵是運(yùn)用材料科學(xué)知識和自動(dòng)控制原理，根據(jù)物-場相互作用原則，構(gòu)想中間能量傳遞形式，選擇中間場，借助中間場通過幾個(gè)物理（化學(xué)）效應(yīng)結(jié)合來實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。設(shè)計(jì)模式有兩種，一是將各種功能融為一體，類似生物體神經(jīng)元；二是利用離子工程、激光燒蝕、激光加工等技術(shù)控制原子、分子有序程度，形成功能性超薄膜累積膜，控制各層結(jié)合狀況，使材料內(nèi)部自由傳遞信息。5.智能高分子材料有哪幾種合成方法？智能高分子材料當(dāng)前的合成方法主要有以下三種：粒子復(fù)合：具有不同功能的材料顆粒按特定方式組裝，可構(gòu)制出具有多功能特性的材料。如在特定襯底上，通過電子束掃描產(chǎn)生電子氣化花樣，在電子靜電引力作用下，帶電顆粒排列成設(shè)計(jì)花樣，重復(fù)操作可構(gòu)成由不同粉末顆粒組成的三維結(jié)構(gòu)。薄膜復(fù)合：將兩種或多種機(jī)敏材料以多層次的薄膜復(fù)合可獲得優(yōu)化的多功能特性。如將鐵彈性的形狀記憶合金與鐵磁或電驅(qū)材料復(fù)合，可改變驅(qū)動(dòng)方式，拓寬響應(yīng)頻率范圍，提高響應(yīng)速度。納米粒子及分子的組裝：人們已能直接對納米粒分子、原子實(shí)施搬遷操作，控制納米或原子團(tuán)簇尺寸上的精細(xì)結(jié)構(gòu)。將具有不同功能的納米粒子復(fù)合在多孔道骨架內(nèi)，可調(diào)控納米粒子大小、相互作用，得到兼有多種響應(yīng)性質(zhì)的智能材料。如在沸石分子篩中組裝半導(dǎo)體納米材料可做電控元件，組裝納米光學(xué)材料可做光控元件。6.智能高分子纖維有哪些種類？各有什么作用？應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？智能高分子纖維主要有以下幾種：導(dǎo)電纖維：可分為電子傳導(dǎo)纖維、離子傳導(dǎo)纖維、感應(yīng)性（介電質(zhì)性）纖維。電子傳導(dǎo)纖維又分為合成纖維和纖維自身具有電子非定域化和電荷移動(dòng)絡(luò)化物的導(dǎo)電性纖維。導(dǎo)電纖維可用于電子傳導(dǎo)功能的靈感元件、電場效果、半導(dǎo)體管、開關(guān)、蓄電功能元件、電池等，未來導(dǎo)電性高分子自身有望成為纖維材料，如聚乙烯、聚丙烯纖維等浸透電解液可用作電池分離。感應(yīng)（介電質(zhì)）性纖維材料：一般作為絕緣體使用，具有感應(yīng)（介電質(zhì)）性、駐極體（永久極化的電解質(zhì)）、電壓性、焦電性等特點(diǎn)。在加熱狀態(tài)下，如丁基酚醛甲醛樹脂浸泡到羊毛中的纖維可成為駐極體。在通用絕緣體聚合物上施加電場會(huì)產(chǎn)生大變形，能源損失小，還會(huì)產(chǎn)生特殊運(yùn)動(dòng)，可應(yīng)用于微型管、微型閥等，基于此可向新自律應(yīng)對智能纖維系統(tǒng)發(fā)展。形狀記憶纖維：如鎳鉛合金纖維，熱成型時(shí)能記憶外界賦予的形狀，冷卻時(shí)可任意形變，再次加熱時(shí)能可逆恢復(fù)原始形狀。已被用于智能結(jié)構(gòu)、醫(yī)療矯形、防燙傷服裝和新型記憶服裝等，如意大利發(fā)明的襯衣，其纖維由尼龍和鎳鉛鐵合金織造而成，可根據(jù)溫度變化自動(dòng)卷袖子。變色纖維：主要有光敏變色纖維和熱敏變色纖維兩種，在受到外界刺激后可逆、自動(dòng)改變顏色。用其做成的服裝在不同環(huán)境下呈現(xiàn)色彩變化，適合士兵隱蔽、舞臺服裝、童裝等。調(diào)溫纖維：能根據(jù)外界環(huán)境溫度變化，通過內(nèi)部相變物質(zhì)的液-固可逆相變，吸收或放出熱量，在纖維周圍形成溫度相對恒定的微氣候，實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。主要用于滑雪衫、靴、手套、襪、帽、體育運(yùn)動(dòng)服裝等。智能抗菌纖維：如美國Nylstar公司制造的“智能聚酰胺纖維”，抗菌劑包藏于纖維內(nèi)部，不會(huì)引起皮膚過敏，耐洗滌，可控制皮膚表面細(xì)菌數(shù)量，區(qū)別于一般抗菌纖維。7.簡述光纖傳感器的應(yīng)用。光纖傳感器可應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，主要包括：復(fù)合材料領(lǐng)域固化監(jiān)測：用于樹脂基復(fù)合材料固化過程監(jiān)測，可預(yù)先埋于預(yù)浸料鋪層中測量工藝過程參數(shù)，如利用光纖折射率傳感器、光纖微彎傳感器、光纖紅外傳輸譜傳感器、光纖布拉格光柵傳感器以及光纖Fabry-Perot傳感器等，通過跟蹤樹脂折射率變化、分析樹脂紅外吸收光譜等方式監(jiān)測固化過程，實(shí)現(xiàn)成型工藝過程的在線監(jiān)測。結(jié)構(gòu)服役監(jiān)測：光纖布拉格光柵傳感器等可在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)服役期繼續(xù)用于內(nèi)部應(yīng)變監(jiān)測，為結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測、剩余疲勞壽命預(yù)報(bào)以及斷裂失效預(yù)警提供信息。土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域：通過對鋼筋混凝土內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變的監(jiān)測，獲取構(gòu)件強(qiáng)度儲(chǔ)備信息和實(shí)際載荷狀況，應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測成為其在該領(lǐng)域最主要的應(yīng)用。用于應(yīng)變、應(yīng)力測量的光纖傳感器主要有光纖邁克爾遜傳感器、光纖馬赫-澤德傳感器、光纖法布里-珀羅傳感器和光纖布拉格光柵傳感器等。

第七章其他傳感原件1.電阻應(yīng)變測量的基本原理是什么？電阻應(yīng)變測量的基本原理是金屬絲在機(jī)械應(yīng)變作用下會(huì)發(fā)生電阻變化，即電阻應(yīng)變絲埋入復(fù)合材料結(jié)構(gòu)后，隨著結(jié)構(gòu)變形，金屬絲的電阻值隨其機(jī)械變形而變化，這一特性稱為“應(yīng)變電阻效應(yīng)”。2.應(yīng)變電阻測量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有哪些？應(yīng)變電阻測量技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，測量速度快，結(jié)果精確、可靠、穩(wěn)定。易于實(shí)現(xiàn)測試過程的自動(dòng)化和多點(diǎn)同步測量、遠(yuǎn)距測量和遙測。應(yīng)變絲式應(yīng)變片形小質(zhì)輕，不改變測試對象的原有應(yīng)力狀態(tài)?？蛇M(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和瞬態(tài)應(yīng)變測量，可測頻帶寬。運(yùn)用范圍廣，可在高溫、高壓、高速、旋轉(zhuǎn)和具有放射性干擾等特殊條件下進(jìn)行測量。易于進(jìn)行各種補(bǔ)償，使用方便。3.電阻應(yīng)變絲工作原理是什么？電阻應(yīng)變絲工作原理基于“應(yīng)變電阻效應(yīng)”，當(dāng)電阻應(yīng)變絲感受變形時(shí)，其電阻值會(huì)發(fā)生變化。電阻計(jì)算與變化因素電阻絲電阻計(jì)算公式為R=其中為R電阻，ρ為電阻率，L為長度，F(xiàn)為橫截面。當(dāng)電阻絲受拉伸長dL時(shí)，橫截面積減小dF，電阻率改變dρ，這些變化引起電阻改變dR，公式為d應(yīng)變與電阻變化關(guān)系屬導(dǎo)線長度相對變化dL/L用應(yīng)變?chǔ)疟硎?，對于圓形截面導(dǎo)線，dF將相關(guān)式子代入可得dRKKs稱為電阻絲的靈敏系數(shù)，表示電阻絲產(chǎn)生單位應(yīng)變時(shí)電阻相對變化的大小，越大越靈敏。電信號轉(zhuǎn)化方式應(yīng)變電阻絲阻值變化反映被測應(yīng)變值大小，阻值變化需轉(zhuǎn)化為電信號才能測量，一般有兩種工作方式，一是電橋形式，一是雙恒流源電路。在電橋形式中，直流電橋各橋臂電阻可全部或部分為應(yīng)變電阻絲，根據(jù)不同橋臂連接方式分為單臂、半橋和全橋測量，其輸出電壓與電阻應(yīng)變絲電阻變化有關(guān)。4.試說明智能結(jié)構(gòu)中電阻應(yīng)變絲的選擇條件是什么？在強(qiáng)度型損傷自診斷智能結(jié)構(gòu)中，選擇電阻應(yīng)變絲需滿足以下條件：靈敏系數(shù)值要大，并能在較大應(yīng)變范圍內(nèi)保持常值。具有高的和穩(wěn)定的電阻率。在工作溫度范圍內(nèi)，電阻溫度系數(shù)數(shù)值小且分散性小。機(jī)械強(qiáng)度高，焊接性能好，與引線材料熱電勢小。有高度金相穩(wěn)定性、抗氧化性、耐腐蝕，蠕變和機(jī)械滯后小。價(jià)格低。5.試介紹下常用電阻應(yīng)變絲的材料及其特點(diǎn)、適用范圍。常用電阻應(yīng)變絲材料及其特點(diǎn)、適用范圍如下：銅鎳合金（康銅）：含銅量55-60%，含鎳量40-45%，在-50-250℃性能穩(wěn)定，電阻溫度系數(shù)可控制，可作溫度自補(bǔ)償電阻應(yīng)變絲，常用于靜應(yīng)變測量，高于250℃會(huì)腐蝕，電阻溫度系數(shù)急劇變化，不適用于高溫靜應(yīng)變測量。鎳鉻合金及鎳鉻改良型合金：鎳鉻合金：含80%鎳和20%鉻，電阻率大，主要用于動(dòng)應(yīng)變測量，經(jīng)穩(wěn)定化處理可用于-269℃至430℃靜應(yīng)變測量（430℃以上金相變化），在核輻射下工作良好。改良型合金（如卡瑪合金、伊文合金、鎳鉻錳硅合金）：通過添加元素改善性能，具有高電阻率，可用于-269°C到400℃靜應(yīng)變測量（溫度超400°C不穩(wěn)定），測量動(dòng)應(yīng)變可用到800°C，可通過成分變化等制成溫度自補(bǔ)償應(yīng)變絲。鎳鉻鐵合金（恒彈性合金）：如含36%鎳、8%鉻、0.5%鉬、余量為鐵或含60%鎳、16%鉻、24%鐵的合金，靈敏系數(shù)大，疲勞壽命高，電阻溫度系數(shù)大，極限工作溫度-195℃-230℃左右，適合制造疲勞壽命要求高的應(yīng)變片，因是磁性材料，不宜在磁場附近使用。鐵鉻鋁合金：含鉻20-25%，含鋁5-10%，電阻率高、靈敏系數(shù)較大、抗氧化性能好，改變成分或添加微量金屬可改變電阻溫度系數(shù)，使用溫度-269℃到+1000℃，電阻溫度系數(shù)線性度不好，在特定區(qū)間變化較大。鉑及鉑合金：耐酸、耐堿、抗腐蝕、高溫抗氧化性好，電阻溫度系數(shù)線性度好、靈敏系數(shù)大，是制造高溫應(yīng)變絲重要材料，但電阻溫度系數(shù)大，使用不便，鉑及鉑合金電阻率低，可用于制造半橋式溫度補(bǔ)償應(yīng)變片的補(bǔ)償柵，鉑鎢合金和鉑鎢錸鎳鉻合金可用于高溫動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量。6.智能結(jié)構(gòu)中電阻應(yīng)變絲在測量時(shí)需要采用哪幾種補(bǔ)償和修正？其中溫度補(bǔ)償可以采用哪幾種方法？在一般應(yīng)變電測應(yīng)用中，測量時(shí)需進(jìn)行多種補(bǔ)償和修正，如橫向效應(yīng)的修正、長導(dǎo)線修正、溫度補(bǔ)償、應(yīng)變片靈敏系數(shù)的修正、應(yīng)變片阻值的修正等。在實(shí)現(xiàn)損傷評估智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，直接用電阻應(yīng)變絲測量，主要考慮溫度補(bǔ)償，其他因素影響固定可忽略。溫度補(bǔ)償可采用以下方法：曲線修正法：智能復(fù)合材料試驗(yàn)件制作完成后，測定其熱輸出曲線，實(shí)際使用時(shí)同時(shí)測電阻應(yīng)變絲輸出和試件溫度，根據(jù)曲線對輸出修正，達(dá)到溫度補(bǔ)償目的。線路補(bǔ)償法：用相同電阻絲補(bǔ)償，在與智能復(fù)合材料試驗(yàn)件材料相同的試件上埋置相同性能電阻應(yīng)變絲，使兩者溫度環(huán)境相同，工作電阻絲和補(bǔ)償電阻絲接入電橋相鄰臂，相互抵消溫度影響。在智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，可在試件正反兩面埋設(shè)電阻應(yīng)變絲接為鄰橋，提高測量靈敏度，全橋測量靈敏度可再提高一倍。溫度自補(bǔ)償應(yīng)變絲：利用兩種不同電阻溫度系數(shù)（一正一負(fù)）材料串聯(lián)組成應(yīng)變絲，使各段電阻絲隨溫度變化產(chǎn)生的電阻增量大小相等、符號相反，從而在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?？捎糜跍囟茸匝a(bǔ)償?shù)碾娮杞z材料有電阻溫度系數(shù)α的康銅或卡碼合金、α為正的鎳鉻合金與α為負(fù)的康銅或卡碼合金、α為正的鉑或鉑合金與α為負(fù)的鐵鉻合金、α的鐵鉻鋁合金等。7.可以用來進(jìn)行溫度自補(bǔ)償?shù)碾娮杞z材料有哪幾種？可以用來進(jìn)行溫度自補(bǔ)償?shù)碾娮杞z材料有以下幾種：電阻溫度系數(shù)α的康銅或卡碼合金。α為正的鎳鉻合金與α為負(fù)的康銅、卡碼合金。α為正的鉑或鉑合金與為α負(fù)的鐵鉻合金。α的鐵鉻鋁合金等。8.碳纖維的優(yōu)點(diǎn)？碳纖維的優(yōu)點(diǎn)包括：電性能好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，適于耐久性結(jié)構(gòu)。耐高溫，可長期在高溫下工作。彈性模量大，比強(qiáng)度高，抗疲勞蠕變能力強(qiáng)。9.試舉例碳纖維復(fù)合材料作為智能性結(jié)構(gòu)診斷的用途？碳纖維復(fù)合材料作為智能性結(jié)構(gòu)診斷的用途如下：銀行防盜保安墻體及類似場所：將碳纖維與玻璃纖維粘接成棒狀交叉成網(wǎng)狀，兩側(cè)覆蓋混凝土做成墻體，如銀行防盜保安墻體、自動(dòng)售貨機(jī)和自動(dòng)提款機(jī)壁材等，任何地方鉆孔打洞會(huì)引起電學(xué)信號值急劇變化發(fā)出警報(bào)，成本低、經(jīng)久耐用且不易被發(fā)現(xiàn)。高層建筑監(jiān)測：連接到高層建筑物混凝土鋼筋上，可監(jiān)測傾斜度、各部分形變量和受力過大部位；埋入高層混凝土墻體中，可掌握大樓內(nèi)各部位受力和形變非均勻性情況，提高安全性。水泥管道漏水監(jiān)測：在鋼筋混凝土管道外壁內(nèi)平行于管道軸線等間距安置碳纖維敏感棒材，通過監(jiān)測其電阻值變化監(jiān)測管道漏水情況，因碳纖維周圍水分增高時(shí)導(dǎo)電性明顯增加?；炷翂A性物質(zhì)去除：在含有碳纖維棒或絲的混凝土兩端施加高壓直流電，混凝土中的堿性物質(zhì)被導(dǎo)電碳纖維吸附并向負(fù)極移動(dòng)，最終清洗干凈。墻體加熱及拆除輔助：在含有碳纖維復(fù)合棒材或剪斷碳纖維的混凝土中通電，可使墻體表面溫度提高5°C-20°C，用于地下防空洞墻體或圖書資料館墻體，電壓在10V以下對人體無害；反復(fù)通電加熱可使墻體產(chǎn)生微型裂紋，有利于拆除廢舊混凝土墻體。10.溫阻關(guān)系的定義及什么影響了溫阻關(guān)系？溫阻關(guān)系是指碳纖維水泥基復(fù)合材料在溫度變化過程中，電阻與溫度之間呈現(xiàn)出的特定關(guān)系。在升溫初始階段，電阻隨溫度升高而迅速降低，呈現(xiàn)電阻的負(fù)溫度系數(shù)（NTC）效應(yīng)；隨溫度升高，電阻變化出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此后電阻隨溫度升高而增大，呈現(xiàn)電阻的正溫度系數(shù)（PTC）效應(yīng)，存在NTC/PTC轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，定義出現(xiàn)轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度為臨界轉(zhuǎn)變溫度。影響溫阻關(guān)系的因素主要有：碳纖維的體積分?jǐn)?shù)：碳纖維體積分?jǐn)?shù)增大，NTC/PTC轉(zhuǎn)變溫度降低，體系的導(dǎo)電過程更多依賴于碳纖維相互搭接，在較低溫度下可能使導(dǎo)致PTC效應(yīng)的過程占主導(dǎo)地位。循環(huán)次數(shù)：在循環(huán)的升溫-降溫過程中，隨著循環(huán)次數(shù)增加，體系的溫阻曲線趨向穩(wěn)定，這為開發(fā)水泥基溫控器件和火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)提供了材料基礎(chǔ)。水泥基體：砂灰比增大，體積分?jǐn)?shù)相同的碳纖維水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料電導(dǎo)率降低，電阻測試值波動(dòng)增大，NTC/PTC轉(zhuǎn)變溫度提高，但砂灰比為3:1時(shí)出現(xiàn)相反變化且電阻率波動(dòng)大，表明水泥基體內(nèi)部結(jié)構(gòu)對導(dǎo)電性能起主要影響。11.在使用二氧化釩的智能調(diào)溫的性能時(shí)應(yīng)解決的兩大問題是什么？在使用二氧化釩的智能調(diào)溫性能時(shí)，應(yīng)解決以下兩大問題：降低相變溫度：二氧化釩薄膜相變溫度為68℃，需降低到接近室溫（如30℃左右），且要保證相變前后在太陽能紅外區(qū)透過率有較大變化，以實(shí)現(xiàn)溫度低于室溫時(shí)讓更多光能進(jìn)入室內(nèi)，溫度高于室溫時(shí)讓較少光能進(jìn)入室內(nèi)。目前可通過薄膜制取方法、工藝的改進(jìn)以及摻雜等方法改變相變溫度，但純摻雜會(huì)擴(kuò)大熱滯回線寬度且使相變前后物理量改變量減小，應(yīng)將新工藝、新方法與摻雜結(jié)合。提高可見光透過率：希望可見光有較大透過率，以保證室內(nèi)采光并使光線柔和，這與二氧化釩薄膜在智能窗方面的應(yīng)用密切相關(guān)，其透過率與制備方法、膜厚等因素有關(guān)。

第八章智能混凝土1.簡述智能混凝土的定義和發(fā)展史。定義：智能混凝土是在傳統(tǒng)混凝土基礎(chǔ)上，復(fù)合智能型組分（如導(dǎo)電組分、微膠囊、纖維等），使其具備自感知和記憶、自適應(yīng)、自修復(fù)等多種功能的多功能復(fù)合材料。這些功能并非單一存在，而是相互結(jié)合，共同作用。發(fā)展史：早期探索(20世紀(jì)60年代):前蘇聯(lián)學(xué)者率先嘗試使用炭黑制備水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料，這可以視為智能混凝土研究的雛形。概念提出與初步研究(20世紀(jì)80年代末):日本土木工程界提出“對環(huán)境變化具有感知和控制功能”的智能建筑材料的概念，并開始相關(guān)研究。功能性探索(20世紀(jì)90年代初):日本和美國的研究人員分別致力于開發(fā)具有自調(diào)節(jié)（記憶）和自修復(fù)功能的智能混凝土，嘗試使用微膠囊（含粘結(jié)劑）和空心玻璃纖維（注入高分子溶液）等方法實(shí)現(xiàn)自修復(fù)。美國還開辦了相關(guān)工廠。發(fā)展瓶頸(20世紀(jì)90年代中期):盡管取得了一些成果，但由于智能混凝土需要同時(shí)具備自感知、自記憶、自適應(yīng)、自修復(fù)等多種功能，技術(shù)難度較大，制備完善的智能混凝土仍然相當(dāng)困難。特定功能發(fā)展(20世紀(jì)90年代中期以后):研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向特定功能的智能混凝土，例如在歐美國家開展的基于碳纖維混凝土的自適應(yīng)融雪融冰系統(tǒng)研究，以及國內(nèi)利用壓電陶瓷研制自調(diào)節(jié)混凝土，以及利用活性無機(jī)摻和料、微細(xì)低彈模纖維和有機(jī)化合物實(shí)現(xiàn)自修復(fù)的研究。2.簡述自診斷、自愈合混凝土的工作過程第一種：基于形狀記憶合金（SMA）絲和液芯光纖的智能混凝土:損傷檢測：激光通過液芯光纖傳輸，光纖的出射光被光敏管接收。當(dāng)混凝土內(nèi)部出現(xiàn)開裂、分層、脫膠等損傷時(shí)，光纖信號會(huì)發(fā)生變化，數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)會(huì)根據(jù)這些變化判斷損傷的位置、類型和程度。SMA激勵(lì)與膠液釋放：系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制電路，激勵(lì)損傷處的SMA絲。SMA絲產(chǎn)生局部壓應(yīng)力，導(dǎo)致?lián)p傷處的液芯光纖斷裂，釋放出其中的膠液。自修復(fù)：釋放出的膠液流入損傷處，填充裂縫。同時(shí)，SMA絲激勵(lì)產(chǎn)生的熱量加速膠液固化，提高修復(fù)質(zhì)量，最終使結(jié)構(gòu)恢復(fù)原有形狀第二種：仿生自診斷和自修復(fù)智能混凝土(同濟(jì)大學(xué)研究)損傷感知：混凝土中嵌入的仿生傳感器感知內(nèi)部損傷（如微裂紋）。自愈合：當(dāng)出現(xiàn)微裂紋時(shí)，部分含粘結(jié)劑的液芯纖維破裂，釋放出粘結(jié)劑。粘結(jié)劑流入裂縫，填充并修復(fù)裂縫，恢復(fù)甚至提高混凝土的性能。3.簡述智能混凝土的發(fā)展趨勢智能組件的集成化和小型化：在智能混凝土中集成和小型化傳感元件、執(zhí)行元件、信息處理元件等智能組件，這將有利于這些組件與混凝土基材更好地復(fù)合，從而提高智能混凝土的整體性能和應(yīng)用潛力。開發(fā)智能控制材料：研究和開發(fā)能夠模擬神經(jīng)中樞網(wǎng)絡(luò)功能的智能控制材料，這些材料將為智能混凝土提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和環(huán)境適應(yīng)性的能力，并且能夠?qū)崿F(xiàn)自診斷和自修復(fù)等功能。開發(fā)這樣的控制材料需要深入探索新的模型、研究方法和制造工藝。實(shí)現(xiàn)混凝土材料結(jié)構(gòu)的智能一體化：未來的智能混凝土材料將不僅具有高性能的建筑結(jié)構(gòu)特性，還將擁有優(yōu)異的智能特征，包括：骨骼系統(tǒng)（基材）：提供承載能力。神經(jīng)系統(tǒng)（內(nèi)埋傳感網(wǎng)絡(luò)）：提供監(jiān)測和感知能力。肌肉系統(tǒng)（驅(qū)動(dòng)元件）：提供調(diào)整和適應(yīng)響應(yīng)。免疫系統(tǒng)（修復(fù)元件）：提供康復(fù)能力。神經(jīng)中樞系統(tǒng)（控制元件）：提供學(xué)習(xí)和決策能力。4.當(dāng)前的智能混凝土有哪些智能特性？1、損傷自診斷混凝土（自感應(yīng)混凝土）（1）自診斷智能混凝土的壓敏性（2）自診斷智能混凝土的溫敏性2、溫度自調(diào)節(jié)混凝土3、仿生自愈合水泥砂漿5.自診斷智能混凝土的壓敏性和溫敏性分別指什么？壓敏性：根據(jù)水泥基材料中摻入碳纖維混凝土復(fù)合材料在受力時(shí)的電阻變化與所受荷載呈現(xiàn)的線性關(guān)系，可以掌握其內(nèi)部的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，該機(jī)敏性反映了內(nèi)部損傷狀況的豐富信息，據(jù)此可以敏感有效地監(jiān)測拉、彎、壓等工況及靜態(tài)和動(dòng)態(tài)荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況。溫敏性：即溫度變化引起電阻變化（溫阻性）及碳纖維混凝土內(nèi)部的溫度差會(huì)產(chǎn)生電位差的熱電性（Seebeck效應(yīng)）6.溫度自調(diào)節(jié)混凝土的工作機(jī)理是什么，溫度調(diào)節(jié)混凝土可應(yīng)用于哪些方面？工作機(jī)理：溫度自調(diào)節(jié)混凝土的工作機(jī)理是基于電熱效應(yīng)和熱電效應(yīng)。具體來說，通過碳纖維混凝土的電熱效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)混凝土的溫度調(diào)節(jié)和控制。同時(shí)，混凝土的熱電效應(yīng)使其能夠?qū)崟r(shí)檢測建筑物內(nèi)部和周圍環(huán)境溫度變化。溫度調(diào)節(jié)混凝土可應(yīng)用于以下方面：融雪和融冰：利用碳纖維混凝土的電熱效應(yīng)，可以對混凝土路面、橋面和機(jī)場跑道等結(jié)構(gòu)進(jìn)行融雪和融冰。建筑物內(nèi)部溫度控制：可以利用電熱效應(yīng)來控制建筑物內(nèi)部環(huán)境的溫度，提供舒適的生活和工作環(huán)境。智能化建筑：碳纖維混凝土的電熱效應(yīng)和熱電效應(yīng)使其可以方便地實(shí)時(shí)檢測建筑物內(nèi)部和周圍環(huán)境溫度變化，并利用電熱效應(yīng)來控制溫度，從而促進(jìn)智能化建筑的發(fā)展。特殊鋼筋混凝土橋梁的平整度調(diào)節(jié)：可以利用機(jī)敏混凝土的電熱和電力自調(diào)節(jié)功能調(diào)節(jié)由于溫度、自重所引起的蠕變，保持橋梁的平整度。

第九章結(jié)構(gòu)控制1.結(jié)構(gòu)控制的途徑有哪些？(1)控制振動(dòng)的震源(2)切斷震源的傳播途徑(3)避免結(jié)構(gòu)共振(4)提高結(jié)構(gòu)的衰減性(5)施加與結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)相反的作用力2.什么是吸振技術(shù)？吸振技術(shù)振動(dòng)控制是將一個(gè)子系統(tǒng)安裝在結(jié)構(gòu)之上，子系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)一起振動(dòng)，分擔(dān)部分振動(dòng)能量，從而使主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)減弱。3.什么是耗能技術(shù)？耗能器有哪幾種？耗能技術(shù)是將結(jié)構(gòu)的某些部件設(shè)計(jì)成耗能部件或安裝一些耗能器來消耗振動(dòng)能量。耗能器主要包括粘彈性耗能阻尼器、摩擦耗能阻尼器、金屬耗能阻尼器等。4.簡述結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制、半主動(dòng)控制和混合控制。主動(dòng)控制：應(yīng)用現(xiàn)代控制技術(shù)，對輸入地震動(dòng)和結(jié)構(gòu)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)跟蹤和預(yù)測，再按照分析計(jì)算結(jié)果應(yīng)用伺服加力裝置對結(jié)構(gòu)施加控制力，使結(jié)構(gòu)在地震過程中始終定位在初始狀態(tài)附近或使某些反應(yīng)盡可能小，達(dá)到保護(hù)結(jié)構(gòu)免遭損傷的目的。常用的主動(dòng)控制技術(shù)包括主動(dòng)控制調(diào)諧質(zhì)量控制系統(tǒng)（AMD）、主動(dòng)錨索控制系統(tǒng)（ATS）、主動(dòng)支撐系統(tǒng)（ABS）等。半主動(dòng)控制：以被動(dòng)控制為依托，僅需少量的能量用于改變被動(dòng)控制系統(tǒng)的參數(shù)或工作狀態(tài)，以適應(yīng)系統(tǒng)對最優(yōu)狀態(tài)的跟蹤從而取得較好的控制效果。常見的半主動(dòng)控制裝置包括隔板孔洞可調(diào)節(jié)的柱型液體阻尼器（TLCD）、半主動(dòng)變剛度裝置（AVS）、半主動(dòng)變阻尼裝置以及主動(dòng)調(diào)治參數(shù)質(zhì)量阻尼系統(tǒng)（ATMD）等?；旌峡刂疲簩⒅鲃?dòng)控制系統(tǒng)和被動(dòng)控制系統(tǒng)同時(shí)施加在同一個(gè)結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。充分利用了被動(dòng)控制與主動(dòng)控制各自的優(yōu)點(diǎn)，既可以改變結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，增加人工阻尼，又可以利用主動(dòng)控制系統(tǒng)保證控制效果，比單純的主動(dòng)控制能節(jié)省大量的能源。目前出現(xiàn)的混合控制技術(shù)有主動(dòng)質(zhì)量阻尼控制系統(tǒng)（AMD）和質(zhì)量阻尼系統(tǒng)（TMD）、調(diào)諧液體阻尼系統(tǒng)（TLD）的混合控制；阻尼耗能（VEDamper）和主動(dòng)控制（ABS）的混合控制；隔震系統(tǒng)和主動(dòng)控制系統(tǒng)（AMD）的混合控制等。5.什么是智能材料-結(jié)構(gòu)系統(tǒng)？智能材料-結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的智能材料是指什么？智能材料-結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：以智能材料為主導(dǎo)材料，具有仿生命的感應(yīng)和自我調(diào)節(jié)功能的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。智能材料：是某些具有特殊功能的材料，如電流變材料、磁流變材料、光纖材料、壓電材料、磁致伸縮材料和形狀記憶合金等。6.簡述電（磁）流變材料在建筑結(jié)構(gòu)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用。電（磁）流變材料是用不導(dǎo)電的母液和均勻散布其中的固體電解質(zhì)顆粒或磁性顆粒制成的懸浮液，在電場或磁場作用下能從流動(dòng)性良好的牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ㄇ魬?yīng)力的粘塑性體?？捎糜诮Y(jié)構(gòu)減震，其工作原理是根據(jù)動(dòng)力傳感器測得的結(jié)構(gòu)瞬時(shí)振動(dòng)狀態(tài)，由ER（MR）智能可調(diào)參數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的ER（MR）智能可調(diào)阻尼器在各瞬時(shí)調(diào)整參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)減小整個(gè)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的目的。用這些可控流體設(shè)計(jì)和制作的耗能器具有結(jié)構(gòu)簡單、耗電功率小、反應(yīng)迅速等特點(diǎn)，可和其它隔震、減震機(jī)構(gòu)串聯(lián)或并聯(lián)使用。ER可控流體耗能器的原理是迫使流體通過一對固定板的間隙，通過調(diào)節(jié)極板外加電場強(qiáng)度改變流體流過間隙的阻力獲得阻尼，目前用該類材料制作的耗能器類型有閥式耗能器、剪切式耗能器和擠壓流動(dòng)式耗能器等；磁流變體制作的耗能器類型有MR流體轉(zhuǎn)動(dòng)閘耗能器、足尺單推桿MR耗能器和足尺雙推桿MR耗能器等。7.簡述形狀記憶合金在建筑結(jié)構(gòu)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用。用于被動(dòng)控制：制成被動(dòng)阻尼器，利用其超彈性效應(yīng)和高阻尼特性抑制橋梁和框架等結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。如在橋梁減振控制中，可減輕地震對橋梁的損傷，減少橋墩數(shù)量；在框架結(jié)構(gòu)中可控制層間變形，消耗地震能量。在隔震技術(shù)中也有應(yīng)用，如設(shè)計(jì)隔震復(fù)位裝置，克服以往阻尼器的缺點(diǎn)。還用于實(shí)際工程加固，如加固意大利Giorgio教堂的鐘塔。用于主動(dòng)控制：主要通過兩種方式實(shí)現(xiàn)，一是利用形狀記憶效應(yīng)產(chǎn)生的回復(fù)力對結(jié)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，如復(fù)合于復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)中控制振動(dòng)頻率，調(diào)整復(fù)合材料梁的諧振頻率和剛度，控制高分子梁、多層建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)等；二是利用彈性模量隨溫度變化的特性改變結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率，如改變復(fù)合材料薄板、SMA彈簧的彈性模量。但由于形狀記憶合金的特性，其主要適用于低頻的主動(dòng)控制。用于智能控制：利用其獨(dú)特性能設(shè)計(jì)智能控制裝置，如在鋼筋混凝土簡支梁中預(yù)埋，通過加熱控制梁的靜、動(dòng)力反應(yīng)；提出自適應(yīng)吸收器概念設(shè)計(jì)方案；在橋梁結(jié)構(gòu)中提出“智能限制器”和適用于橋梁的智能控制裝置，可實(shí)現(xiàn)對橋梁振動(dòng)的智能控制，減小地震響應(yīng)并實(shí)現(xiàn)自復(fù)位功能。8.結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制主要利用形狀記憶合金的哪些特性？簡述這些特性。形狀記憶效應(yīng)：材料在發(fā)生塑性變形后，加熱超過特定溫度能自動(dòng)恢復(fù)到原來形狀，殘余變形消失。與普通金屬材料不同，形狀記憶合金通過相變改變彈性和完成內(nèi)耗能，卸載時(shí)變形恢復(fù)到原點(diǎn)，普通金屬材料則通過屈服和損傷實(shí)現(xiàn)，殘余變形不可恢復(fù)。超彈性效應(yīng)：變形能力比普通金屬材料約大30倍（形狀記憶合金的彈性應(yīng)變可到5%-7%，普通金屬材料只有0.2%），耗能能力大，阻尼比可達(dá)40%（普通金屬如低碳鋼僅為6%），且超彈性滯回環(huán)由相變完成，不損傷材料，抗疲勞能力極好。高阻尼特性：在振動(dòng)過程中能有效消耗能量，使結(jié)構(gòu)在小震時(shí)表現(xiàn)出類似普通金屬的彈性特性，大震時(shí)通過超彈性大變形能力消耗地震能量，并利用記憶效應(yīng)恢復(fù)變形。

第十章智能橡膠與智能彈性體1.實(shí)現(xiàn)橡膠的智能化有哪些手段？合成：通過特定的化學(xué)反應(yīng)合成具有特殊性能的橡膠。共混：將不同的橡膠或橡膠與其他材料混合，以獲得新的性能。接枝改性：在橡膠分子鏈上接枝其他官能團(tuán)，改變其性能。與新型材料復(fù)合或混合：如與納米材料復(fù)合，增強(qiáng)橡膠性能。新型加工方法：采用特殊的加工工藝，賦予橡膠特殊性能。2.智能橡膠有哪些特殊性能？力學(xué)性能方面：超低硬度、超高強(qiáng)度。熱學(xué)性能方面：導(dǎo)熱、熱敏變色。電學(xué)性能方面：導(dǎo)電、電磁波屏蔽和吸收。光學(xué)性能方面：光刻、光蓄。生物學(xué)性能方面：仿生。其他方面：磁性、親水性、形狀記憶和富氧等特性。3.什么是智能彈性體？智能彈性體是指在保持彈性體自身特性的基礎(chǔ)上，使其賦有其他特性或功能的材料。兼?zhèn)鋬煞N功能（如自身特性和其他特殊功能）的稱之為D-功能；由于形態(tài)記憶而產(chǎn)生的功能稱之為sh-功能或智能彈性體。4.D-智能彈性體有哪幾種？化學(xué)智能彈性體：主要用于離子交換、催化生理活性以及乳化劑等。水敏性功能彈性體：包括水敏性彈性體（在濕氣或水存在條件下，聚合物分子之間成鍵）和親水性彈性體（通過水分子成鍵，又可分為吸水性和出水性），可作密封材料和覆蓋材料等。光敏性功能彈性體：在吸收光的作用下，引起分子內(nèi)和分子間的化學(xué)或結(jié)構(gòu)變化，主要用途為自動(dòng)記錄器和光敏折曲印刷板，未來在彈性涂料和板材方面可能有新用途。輻射功能彈性體：以X-射線和γ-射線為主要研究對象，如環(huán)氯化聚丁二烯和聚異丁烯等，前者感光率高，有發(fā)展前途。導(dǎo)電（磁性）功能彈性體：(1)半導(dǎo)體類導(dǎo)電性橡膠：如聚醚氨基甲酸乙酯離子型樹脂和四氰基醌二甲烷的鉀鹽的反應(yīng)生成物等，通過對電氣特性研究有望發(fā)展。(2)分散復(fù)合類導(dǎo)電橡膠：防過電流、過熱元件：如用炭黑、石墨作填料的PTC發(fā)熱體，橡膠種類在耐久性方面EPDM、硅橡膠、氟橡膠等適宜。壓敏導(dǎo)電性橡膠（PCR）：電阻值隨壓力變化，如硅橡膠制成的報(bào)警用傳感器等，炭黑配合膠料可制成可變電阻性加壓導(dǎo)電橡膠，炭黑種類及配合條件影響材料行為，需根據(jù)用途選擇。(3)異向?qū)щ娦韵鹉z：導(dǎo)電特性異向，如層疊型連接器可用于電器間微細(xì)連接，橡膠材料主要為硅橡膠，還可用于電磁波屏蔽等，今后需對聚氨酯、氟橡膠、硅橡膠等進(jìn)行研究以滿足不同用途。生物醫(yī)用功能彈性體：(1)聚氨酯：包括嵌段型聚氨酯（抗血栓性與軟段、硬段結(jié)構(gòu)有關(guān)）、含氟鏈段型聚氨酯（FPU，抗血栓性更好，有待進(jìn)一步研究開發(fā)）等，聚氨酯溶血性和細(xì)胞毒性高，導(dǎo)入聚二甲基硅氧烷可改善。(2)硅橡膠：基本為聚二甲基硅氧烷，生物適應(yīng)性方面，植入體內(nèi)幾乎惰性，抗血栓性適中，可作人工器官等，通過改性（如表面接枝聚合等）可提高抗血栓性，氟硅橡膠強(qiáng)度提高后可替代硅橡膠。(3)其他醫(yī)用橡膠：如合成含水橡膠、氟橡膠、氟硅橡膠、氟磷腈橡膠等高性能橡膠，醫(yī)用材料需具備功能性和生物適應(yīng)性，今后改性將向仿生材料開發(fā)轉(zhuǎn)移。5.Sh-智能彈性體有哪幾種？1,2-聚丁二烯：日本合成橡膠公司生產(chǎn)，有非交聯(lián)和交聯(lián)兩種使用形式。非交聯(lián)材料可作新鮮食品包裝材料（無污染、透氣性和透溫性好）、醫(yī)療和醫(yī)用材料（對可溶性脂肪藥物無吸附作用、柔軟透明）；交聯(lián)材料可作感光材料、發(fā)泡材料、熱固性材料（如制作光學(xué)唱片）。分離智能彈性體：大體分為氣體和金屬離子分離膜兩類。氣體分離膜中硅橡膠氧氣透過系數(shù)大但強(qiáng)度低不易成膜；金屬離子分離膜中在聚氨酯主鏈或側(cè)鏈引入冠醚較有成效，因?yàn)楣诿褜饘匐x子配位能力強(qiáng)。

第十一章建筑智能化技術(shù)1.智能材料在建筑工程中的應(yīng)用功能？提升建筑結(jié)構(gòu)安全性和可靠性：能感知外力、震動(dòng)、溫度、裂紋等變化，通過應(yīng)變能力主動(dòng)應(yīng)對，預(yù)警危險(xiǎn)并消除危害。節(jié)能環(huán)保：有助于實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材，減少廢棄物和污染，降低地球負(fù)荷，如智能玻璃可調(diào)節(jié)光線和溫度，減少能源消耗。優(yōu)化建筑性能：如透水混凝土可調(diào)節(jié)環(huán)境溫濕度，電磁屏蔽混凝土可降低電磁輻射污染，自診斷混凝土可檢測結(jié)構(gòu)損傷等。促進(jìn)建筑智能化發(fā)展：使建筑具備自適應(yīng)、自調(diào)節(jié)等功能，如智能毯可提供多種功能，相轉(zhuǎn)變材料可用于儲(chǔ)能和溫度控制。2.建筑工程中的智能材料在建筑結(jié)構(gòu)上的分類及功能？透水混凝土：具有良好透水透氣性，可增加地表透水、透氣面積，調(diào)節(jié)環(huán)境溫度、濕度，減少城市熱島效應(yīng)，維持地下水位和植物生長。調(diào)濕混凝土：通過添加關(guān)鍵組分納米天然沸石粉制成，可探測室內(nèi)環(huán)境溫度并調(diào)控，滿足建筑對濕度的控制要求。電磁屏蔽混凝土：摻入金屬粉末導(dǎo)電纖維等低電阻導(dǎo)體材料，能屏蔽和吸收電磁波，降低電磁輻射污染，提高室內(nèi)電視影像和通訊質(zhì)量?？咕炷粒杭尤爰{米抗菌防霉組分，具有抑制霉菌生長和滅菌效果。生物相容型混凝土：利用透水透氣性提供植物生長所需營養(yǎng)，可用于河川護(hù)堤綠化美化，形成淡水生物、海洋生物相容型混凝土，調(diào)節(jié)生態(tài)平衡。再生混凝土：廢棄混凝土處理后部分或全部代替天然骨料配制，減少城市垃圾，節(jié)約資源。凈水生態(tài)混凝土：復(fù)合高活性凈水組分與多孔混凝土，提高吸附能力，凈化水質(zhì)，提供生物生息場所和自然景觀效果，用于淡水和海水凈化。凈化空氣混凝土：添加納米二氧化鈦等光催化劑，可凈化甲醛、苯等室內(nèi)有毒揮發(fā)物，減少二氧化碳濃度。溫度自監(jiān)控混凝土：摻入短切碳纖維產(chǎn)生熱電效應(yīng)，實(shí)時(shí)測量建筑物內(nèi)部和周圍環(huán)境溫度，還可能利用溫差發(fā)電。自診斷混凝土：如碳纖維混凝土用于機(jī)場跑道、橋梁路面等工程，可自動(dòng)融雪除冰，檢測結(jié)構(gòu)損傷；光纖維混凝土用于混凝土養(yǎng)護(hù)溫度及應(yīng)力自我監(jiān)測。自修復(fù)混凝土：自修復(fù)系統(tǒng)可修補(bǔ)結(jié)構(gòu)微裂縫，免去監(jiān)控儀器和外部修補(bǔ)費(fèi)用，延長混凝土材料使用壽命，提高安全性和耐久性。高阻尼混凝土：提高混凝土材料阻尼比，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震能力。自調(diào)節(jié)混凝土：能自動(dòng)調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)承載力和環(huán)境濕度，減輕自然災(zāi)害破壞。3.建筑工程中的智能材料在節(jié)能環(huán)保上的分類及功能？涂料：室外凈化空氣涂料：暴曬后激活光催化劑捕捉空氣污染，表面抗污性好，雨水可沖刷污染物。室內(nèi)環(huán)境凈化涂料：添加稀土激活無機(jī)抗菌凈化材料，凈化室內(nèi)環(huán)境污染氣體，殺菌并利用表面超親水效應(yīng)方便去污。負(fù)離子功能涂料：增加室內(nèi)負(fù)離子濃度，產(chǎn)生森林功能效果，吸收二氧化碳及有害氣體，抑菌除臭。阻熱防水涂料：用于瀝青表面反射太陽能量，增強(qiáng)瀝青抗老化性能。智能乳膠漆：加入復(fù)合材料可自動(dòng)調(diào)節(jié)光亮度適應(yīng)環(huán)境。露珠仙外墻涂料：仿生荷葉效應(yīng)自清潔，抑制菌類藻類繁殖，防水防紫外線，透氣耐候性好。玻璃：低輻射玻璃：反射熱輻射，減少可見光遮擋，與普通玻璃配合用于雙層中空窗，保溫隔熱節(jié)能，降低光污染。光致變色玻璃：含金屬鹵化物或光學(xué)變色塑料，隨紫外線強(qiáng)度改變顏色，減少可見光通過，吸收熱輻射。熱變色玻璃：受熱變色，改變光學(xué)特性，散射或吸收太陽輻射，如雙層玻璃夾層中含的水溶性聚合纖維受熱改變透明度。液晶玻璃：分散液晶在電場作用下定向排列改變透明度，通電變透明，斷電吸收散射太陽輻射。電致變色玻璃：低壓直流電驅(qū)動(dòng)使電變色材料變暗，連續(xù)調(diào)光，消除大部分紫外線。電泳玻璃：通電時(shí)懸浮液中黑色針狀懸浮顆粒定向排列改變透明度，可連續(xù)調(diào)光。光伏玻璃：分層壓入太陽能電池發(fā)電，可作太陽能智能窗、光伏玻璃幕墻等。磚：環(huán)保磚：一種利用多孔結(jié)構(gòu)和表面涂覆材料吸收有害氣體；另一種燒結(jié)型透水保濕路面磚用工業(yè)廢料制成，透水透氣，實(shí)現(xiàn)環(huán)保生態(tài)雙重效果。板材：碳纖維電熱板材：在裝飾板中加入碳纖維，通電輻射供暖，熱效率高，安全節(jié)能無污染，散熱均勻，溫度可自由調(diào)節(jié)。功能型高晶板材：在石膏板基礎(chǔ)上加入納米無機(jī)抗菌材料或摻入負(fù)離子，可殺菌抑菌除臭，用作內(nèi)墻板、吊頂板、防火面板等。相轉(zhuǎn)變材料：利用相變儲(chǔ)能，儲(chǔ)能密度大、效率高，在太陽能利用、廢熱回收、空調(diào)建筑、調(diào)溫調(diào)濕、保溫等方面用途廣泛。地毯（智能毯）：用柔性聚酯膜材料做基層，噴涂微元素粒子，有機(jī)光電太陽能電池供電，白天蓄熱晚上供熱，提供裝飾效果。太陽能轉(zhuǎn)換材料（太陽能瓦、光纖照明）：太陽能瓦將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能；光纖照明用光-電轉(zhuǎn)換材料實(shí)現(xiàn)光-光轉(zhuǎn)換，克服傳統(tǒng)照明缺點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。TIM材料：半透明絕熱塑料制成復(fù)合透明隔熱墻體，拓展保溫隔熱功能，兼有采光隔熱吸熱流通空氣等作用。4.國外裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀？美國：裝配式混凝土住宅起源于20世紀(jì)30年代，1976年國會(huì)通過相關(guān)法案并出臺行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。1991年提出將裝配式混凝土建筑發(fā)展作為契機(jī)，目前其混凝土結(jié)構(gòu)建筑中裝配式比例達(dá)35%左右，有三十多家專門生產(chǎn)單元式建筑的公司。構(gòu)件連接以干式連接為主，構(gòu)件商品化供應(yīng)，呈現(xiàn)大型化趨勢，構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、專業(yè)化、商品化、社會(huì)化程度高，結(jié)構(gòu)性能好，通用性強(qiáng)，住宅美觀、舒適、個(gè)性化。英國：1945年政府發(fā)布白皮書推動(dòng)建筑生產(chǎn)規(guī)模化、工廠化，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展主要體現(xiàn)在預(yù)制混凝土大板結(jié)構(gòu)，目前工廠化預(yù)制建筑部件、現(xiàn)場安裝的建造方式廣泛應(yīng)用。德國：二戰(zhàn)后裝配式混凝土建筑廣泛采用，產(chǎn)業(yè)鏈處于世界領(lǐng)先水平，建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電專業(yè)協(xié)作配套，施工企業(yè)與機(jī)械設(shè)備供應(yīng)商合作密切，機(jī)械設(shè)備、材料和物流先進(jìn)，高校、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)不斷提供研發(fā)支持。目前主要采用裝配式疊合板體系，預(yù)制墻板結(jié)構(gòu)性能好，構(gòu)件部品可多次重復(fù)使用，節(jié)能低耗、綠色環(huán)保。德國還是降低建筑能耗發(fā)展最快的國家，提出“3升房”和“被動(dòng)式建筑”理念。日本：建筑行業(yè)推崇框架結(jié)構(gòu)，裝配式混凝土建筑中柱、梁、板構(gòu)件連接以濕式連接為主，構(gòu)件生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)和現(xiàn)場安裝能力強(qiáng)，為設(shè)計(jì)提供更多空間。如蓮藕梁梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)整體預(yù)制保證連接安全，但誤差容忍度低。日本國土地震頻發(fā)，裝配式混凝土的減震隔震技術(shù)發(fā)達(dá)，軟鋼耗能器應(yīng)用廣泛。其他國家：新加坡：政府政策推動(dòng)裝配式混凝土建筑發(fā)展，如組屋項(xiàng)目強(qiáng)制推行裝配化，裝配率達(dá)70%，提高了房屋建造效率，緩解了外用勞工成本過高問題。加拿大：借鑒美國經(jīng)驗(yàn)，混凝土建筑裝配率高，構(gòu)件通用性高，大城市多為裝配式混凝土建筑和鋼結(jié)構(gòu)建筑，6度以下地區(qū)推行全預(yù)制混凝土建筑。法國：1950-1970年間開始推行裝配式混凝土建筑，目前比較完善，裝配率達(dá)80%，多采用框架或板柱體系，采用焊接等干式連接方法。新西蘭：NigelPriestley教授領(lǐng)導(dǎo)的PRESSS研究成果為高烈度地區(qū)提供了先進(jìn)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)體系，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)被大量應(yīng)用于中高層結(jié)構(gòu)。澳大利亞：大力推動(dòng)模塊化裝配式結(jié)構(gòu)，旨在最大限度提高場外預(yù)制內(nèi)容，減少現(xiàn)場建筑活動(dòng)和返工可能性。5.國內(nèi)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展路徑？起步階段（20世紀(jì)50年代）：新中國成立后，建筑行業(yè)借鑒前蘇聯(lián)和東歐國家經(jīng)驗(yàn)，推行標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化和機(jī)械化，發(fā)展預(yù)制構(gòu)件和裝配式施工。1955年北京第一建筑構(gòu)件廠興建，1959年建成北京民族飯店，標(biāo)志著我國裝配式混凝土建筑起步。持續(xù)發(fā)展階段（20世紀(jì)60年代初-80年代初期）：多種裝配式建筑體系快速發(fā)展，原因包括當(dāng)時(shí)建筑標(biāo)準(zhǔn)低、形式單一，抗震性能要求不高，建設(shè)總量不大，資源匱乏，施工企業(yè)用工制度等。低潮階段（20世紀(jì)80年代）：1976年唐山大地震后，預(yù)制裝配式房屋抗震性差的問題暴露，加之建筑設(shè)計(jì)個(gè)性化、多樣化，裝配式生產(chǎn)和施工能力無法滿足需求，同時(shí)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施工技術(shù)因農(nóng)民工進(jìn)城、模板腳手架普及和商品混凝土應(yīng)用而廣泛發(fā)展，裝配式混凝土建筑發(fā)展停滯。新發(fā)展階段（如今）：改革開放后，隨著勞動(dòng)力緊缺和節(jié)能環(huán)保要求，預(yù)制裝配化建筑再次發(fā)展。2016年國務(wù)院提出裝配式建筑發(fā)展目標(biāo)，國家和地方出臺扶持政策，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)迅猛發(fā)展。我國裝配式發(fā)展模式為借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，做好頂層設(shè)計(jì)，完善法規(guī)規(guī)范，加大政策扶持，結(jié)合國情選擇發(fā)展方向，培養(yǎng)專業(yè)人才，創(chuàng)新技術(shù)，設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)，完善產(chǎn)業(yè)鏈。6.裝配式混凝土建筑的綠色性有哪些體現(xiàn)？和傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑相比，裝配式混凝土建筑在資源消耗方面有哪些進(jìn)步？為什么？綠色性體現(xiàn)：節(jié)約資源：裝配式建造標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；a(chǎn)實(shí)現(xiàn)過程和資源可控，在建筑產(chǎn)品全壽命周期能有效實(shí)現(xiàn)水資源再利用、廢棄物再利用與再生利用，節(jié)約能源、建筑材料和土地等資源。節(jié)能減排：可減少施工垃圾和二次裝修垃圾排放80%-90%，能耗降低20%-30%，碳排放降低7%-15%。環(huán)境友好：減少施工現(xiàn)場建筑垃圾，降低對環(huán)境的污染，如減少施工揚(yáng)塵、噪聲等。資源消耗進(jìn)步及原因：材料節(jié)約：相較于傳統(tǒng)施工方式，工業(yè)化建造能降低50%左右施工材料消耗，尤其是木材節(jié)約可達(dá)90%，水資源節(jié)約40%-50%，用電量節(jié)約30%以上。在我國香港地區(qū)，裝配式建造方式使水資源節(jié)約達(dá)40%，材料節(jié)約52%以上，材料回收利用率85%以上。原因是裝配式建筑采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和工廠化生產(chǎn)，可精確計(jì)算材料用量，減少浪費(fèi)，同時(shí)能提高材料利用率，回收利用也更方便。能源節(jié)約：工廠化生產(chǎn)和裝配化施工減少了施工現(xiàn)場的作業(yè)量，降低了能源消耗，如塔吊、升降機(jī)等設(shè)備的使用頻率降低。同時(shí)，預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)可采用節(jié)能工藝和設(shè)備，進(jìn)一步降低能源消耗。7.從綠色可持續(xù)性的角度解釋為什么要推廣裝配式混凝土建筑？資源利用高效：裝配式建筑能實(shí)現(xiàn)建筑材料的循環(huán)利用，減少對原始資源的依賴，如再生混凝土利用廢棄混凝土，減少了對天然骨料的開采。在建筑全壽命周期內(nèi)，可提高水資源、能源等資源的利用效率，降低資源消耗，符合可持續(xù)發(fā)展理念。環(huán)境影響?。猴@著減少施工過程中的建筑垃圾排放，降低對環(huán)境的污染，如減少施工現(xiàn)場的揚(yáng)塵、噪聲和廢棄物等。同時(shí)，通過優(yōu)化建筑性能，如節(jié)能、保溫等，可減少建筑使用過程中的能源消耗和溫室氣體排放，對環(huán)境更加友好。符合可持續(xù)發(fā)展理念：其標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化的生產(chǎn)方式有利于建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，提高建筑質(zhì)量和安全性，同時(shí)減少對勞動(dòng)力的需求，緩解勞動(dòng)力短缺問題，促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。8.裝配式建筑與建筑工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)系？裝配式建筑與建筑工業(yè)化的關(guān)系：裝配式建筑是建筑工業(yè)化的重要構(gòu)成部分，建筑工業(yè)化強(qiáng)調(diào)在建造全過程采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修和信息化管理等工業(yè)生產(chǎn)方式，而裝配式建筑以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)的建筑構(gòu)件現(xiàn)場裝配為主要特征，發(fā)展裝配式建筑是實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的主要途徑和趨勢。裝配式建筑與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)系：建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化范圍更廣，包括設(shè)備和工具現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化、勞動(dòng)力現(xiàn)代化、管理方式現(xiàn)代化等。建筑工業(yè)化是建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的一個(gè)手段，建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化內(nèi)涵涵蓋建筑工業(yè)化范疇，強(qiáng)調(diào)大生產(chǎn)在建筑建造過程中的作用，二者目標(biāo)一致，都是建造綠色環(huán)保、可持續(xù)的建筑，但側(cè)重點(diǎn)有所不同。9.BIM在勘察設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用價(jià)值？設(shè)計(jì)方案論證：進(jìn)行設(shè)計(jì)方案比選與優(yōu)化，提出性能、品質(zhì)最優(yōu)方案。設(shè)計(jì)建模：實(shí)現(xiàn)三維模型展示與漫游體驗(yàn)，直觀呈現(xiàn)設(shè)計(jì)效果。協(xié)同建模：建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電各專業(yè)協(xié)同建模，參數(shù)化建模技術(shù)保證一處修改相關(guān)聯(lián)內(nèi)容智能變更，避免錯(cuò)、漏、碰、缺。能耗分析：輸出能耗分析模型，計(jì)算、評估建筑能耗并優(yōu)化，分