智能結(jié)構(gòu)與智能機構(gòu).ppt

1、智能結(jié)構(gòu)與智能機構(gòu),2020/8/15,1,1.智能結(jié)構(gòu)簡介 2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3.應(yīng)用舉例 4.展望,2020/8/15,2,1.智能結(jié)構(gòu)簡介,智能結(jié)構(gòu)：一種仿生結(jié)構(gòu)體系,它集主結(jié)構(gòu)、傳感器、控制器及驅(qū)動器于一體,具有結(jié)構(gòu)健康自診斷、自監(jiān)控、環(huán)境自適應(yīng)以及損傷自愈合自修復(fù)的生命特征及智能功能,在危險發(fā)生時能自己保護自己。 智能結(jié)構(gòu)也可以定義成：可以根據(jù)外部條件和內(nèi)部條件主動地改變結(jié)構(gòu)特性以最優(yōu)地滿足任務(wù)需要的結(jié)構(gòu)。外部條件可能包括環(huán)境、載荷或已制造出及已在使用中的結(jié)構(gòu)幾何外形。內(nèi)部條件可能包括對材料或結(jié)構(gòu)的局部區(qū)域的破壞、失效的隔離和改變載荷傳輸途徑等。,2020/8/15,3,1.1智能

2、結(jié)構(gòu)材料,1.電磁流變體 在20世紀(jì)40年代末期，人們發(fā)現(xiàn)在普通的流體中摻入適當(dāng)?shù)拇判詰腋∥?。就成為電磁流變體。當(dāng)外加磁場作用在這種流體上時，由于懸浮物磁向與外磁場一致，就大大約束了流體的運動，整個流體呈現(xiàn)固體化的性質(zhì)。而且反應(yīng)之快，是在短于微妙級的時間間隔內(nèi)完成的。 懸浮物為磁性體時稱為磁流變體（MR），而懸浮物是電介質(zhì)時稱為電流變體（ER）。,2020/8/15,4,1.1智能結(jié)構(gòu)材料,2020/8/15,5,2.形狀記憶材料 材料在外力作用下發(fā)生殘余變形后，在溫度作用下又會發(fā)生逆變形，使材料恢復(fù)原狀。冷卻后再再發(fā)生殘余變形，再加熱，結(jié)果還能恢復(fù)原狀。這種現(xiàn)象稱為形狀記憶效應(yīng)（Shape

3、Memory Effect）。這種具有形狀記憶效應(yīng)（SME）的材料稱為形狀記憶材料，它包括形狀記憶合金、記憶陶瓷及形狀記憶聚合物。,1.1智能結(jié)構(gòu)材料,3.壓電材料 材料上施加外力引起變形時在材料內(nèi)產(chǎn)生電場。反之對材料施加外電場時在材料內(nèi)部產(chǎn)生變形。,2020/8/15,6,1.2 關(guān)鍵技術(shù),2020/8/15,7,1.3 智能結(jié)構(gòu)仿生模型,2020/8/15,8,1.4 智能結(jié)構(gòu)發(fā)展,20世紀(jì)50年代提出智能結(jié)構(gòu) 1974年美國首次提出將壓電陶瓷嵌入復(fù)合材料制成構(gòu)件 進入80年代末期以來,智能結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了長足的進展（日本日立公司的機械手）,主要研究國家：美、日、德、英為代表的發(fā)達國家,202

4、0/8/15,9,國內(nèi)研究現(xiàn)狀,尚處于起步階段.也取得一些成果：對機艙內(nèi)噪聲控制的研究、機器人柔性臂的振動控制、鐵路長軌伸縮量的控制等. 在組成智能結(jié)構(gòu)的一些重要材料和器件方面的研究工作已有一定的基礎(chǔ) 在智能傳感器和某些領(lǐng)域的智能系統(tǒng)設(shè)計方面取得較大的突破. 目前大部分研究集中在各種不同的智能材料特性的探索上,并研制出了多種具有不同特點的智能材料.但對智能材料與結(jié)構(gòu)的應(yīng)用的研究還相對較少.,2020/8/15,10,3 應(yīng)用舉例,航天航空工程 （威脅警報、智能機翼、噪聲控制） 土木工程 （智能混凝土結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)災(zāi)害反應(yīng)控制系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與診斷系統(tǒng)） 機器人,2020/8/15,11,3.1

5、自適應(yīng)機翼,2020/8/15,12,3.1 自適應(yīng)機翼,2020/8/15,13,3.1 自適應(yīng)機翼,2020/8/15,14,3.2 碳纖維混凝土溫度自診斷自適應(yīng)結(jié)構(gòu),2020/8/15,15,TiNi是SMA（形狀記憶材料）中一種。 SMA的伸縮實現(xiàn)開閉屈伸動作。,3.3 微型機器人,2020/8/15,16,3.4 螃蟹機器人,2020/8/15,17,螃蟹機器人,Riririr,2020/8/15,18,日本Kondo Hexapod /六腳機器人,4.展望,4.1 未來研究方向,a. 智能材料/智能結(jié)構(gòu)仿生學(xué)理論 b. 仿人智能控制理論 c. 智能結(jié)構(gòu)非線性分析新理論、新方法 d. 智能結(jié)構(gòu)不確定性理論及方法 e. 智能結(jié)構(gòu)振動控制的新理論及新算法 f. 開發(fā)研究新智能材料；開發(fā)大應(yīng)變、高強度、高模量的壓電材料,2020/8/15,