智能结构题目及答案.docVIP

一、简答题 试解释什么叫智能材料结构，从仿生的角度，智能结构的相应单元相当生物体的什么单元？ 智能材料：是指具有感知环境(包括内环境和外环境)刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。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,具有结构健康自诊断、自监控、环境自适应以及损伤自愈合自修复的智能功能,在危险发生时能自己保护自己。(包括温度、压力、应力、电磁场、和酸碱度等) 的作用。如形状记忆材料、压电材料、光纤、磁致伸缩材料、pH 致伸缩材料、电致变色材料、电致粘流体、磁致粘流体和液晶材料等）； 驱动材料：肌肉。（　驱动材料在一定条件下可产生较大的应变和应力,从而起到响应和控制的作用。最有效的如形状记忆材料、压电材料、电致流变体和磁致伸缩材料等。可见它们 既是驱动材料又是敏感材料,通过恰当的设计,一种材料可同时起两个组元的作用。） 信息处理器：大脑。 试述和传统材料与结构设计相比，智能材料与结构设计的特点？ 智能材料（Intelligent material）是指具有感知环境(包括内环境和外环境)刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样智能材料结构的核心思想是将传感元件驱动元件、控制与主体结构材料集成为一个整体，通过机械、热、光、电、磁等作用，提取结构信息，经过处理后形成控制激励，改变结构的形状、运动状态、受力状态等。这使得结构不仅具有承受载荷的能力，还具有识别、分析、处理及控制等多种功能，并能进行数据的传输和多种参数的检测；具有主动改变材料中的应力分布、强度、刚度等多种功能；从而使结构材料本身具有自诊断、自适应、自学习、自修复能力。 信号源（压电传感器）→电荷放大器→A/D Computer 压电驱动器 ← 高压功率放大器 ← D\A 被动控制：不需要外部输入能量，而是通过控制装置来改变结构阻尼、刚度或质量，从实现振动被动控制。 主动控制：有传感器、驱动器以及CPU组成，传感器用来检测外部激励或结构响应，驱动设备根据计算机指令产生需要的控制力并施加给被控结构。 半主动控制：处于前两者之间，根据结构的振动反应或动载荷信息，实现改变结构的参数（阻尼、刚度等），来减小结构振动的响应。 优缺点 被动控制：不需要输入外界能量、设备简单、易于实现，但控制范围窄，不能满足实时控制和高精度的控制要求。 主动控制：控制范围宽，能满足实时控制和高精度的控制要求，但结构复杂，需要外部输入能量。 半主动控制：不需要直接向结构施加控制力，所需输入能量很小，却能达到主动控制的效果，因而经济、实用、高效。 什么是环境能量收集系统，有哪些主要类型？ 环境能量收集系统是指将自然界广泛存在的各种环境能量，包括太阳能、风能、热能、振动能、海洋能，以及其他能量如人体动能、雨滴能量、生化能等，利用各种新型换能材料、结构或系统，将其转化为电能并存储和利用的系统。 包括太阳能采集系统、风能采集系统、热能采集系统、振动能采集系统、海洋能采集系统、振动能量采集系统、其他能量采集系统（人体运动能、雨滴能、电波辐射能、生物质能等）。 压电材料主要包括哪些类型？与磁致伸缩材料相比有何优缺点？ 压电材料可分为无机压电材料和有机压电材料。压电单晶（无机压电材料）压电陶瓷（无机压电材料）压电聚合物（有机压电材料） 压电材料：无论作为传感器还是驱动器都应用较广，体积很小，可以加工成任意形状，但是驱动电压较高，承受压应力较小。 磁致伸缩材料：伸缩应变量大，可以承受很大的压应力，同时驱动电压较低，但是体积较大 作为传感器应用面很窄。 什么是压电方程？智能结构中用到的压电材料有什么主要优缺点？ 压电方程：压电材料的压电性涉及到力学和电学之间的相互作用，压电方程就是描述晶体的力学量和电学量之间的相互关系的表达式。 压电材料可分为无机压电材料和有机压电材料。在智能结构中，压电材料除具有承载能力外,还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能，在未来的飞行器设计中占有重要的地位。稳定性很高，机械品质因子高压电性弱，介电常数很低，存在尺寸局限压电性强、介电常数高、可以加工成任意形状机械品质因子较低、电损耗较大、稳定性差，对高频、高稳定应用不理想材质柔韧，低密度，低阻抗和高压电常数压电应变常数（d）偏低 试解释磁致伸缩现象及其基本原理 磁致伸缩现象：铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长（或缩短），去掉外磁场后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象（或效应）。 基本原理：在磁场作用下，磁畴发生旋转，他们方向趋向于一致，磁畴的形变也趋向于一致，在宏观上出现磁致