基于智能材料在土木工程中的应用

彭奎

摘要：本文从智能材料的力学特性及其基本原理出发，介绍了它们在土木工程结构中的一些应用现状，并简要介绍了智能材料的发展前景。

关键词：智能料；土木工程材；力学特性；展望

1、智能材料的类型及其特性

压电、压磁、光纤、形状记忆合金等智能材料，在当代土木工程领域内已经得到了广泛应用。智能材料根据其功能特点可划分为两大类：一类是对外界或内部的刺激强度，如应力、应变及物理、化学、光、热电、磁、辐射等作用具有感知功能的材料，通称为感知材料。这类材料主要有光导纤维、压电陶瓷、压电高分子材料、形状记忆合金及其它各种类型的传感材料，也称之为为智能感知材料，其中尤以光导纤维最为重要。

另一类是能对外界环境条件或内部状态发生变化时做出响应或驱动的材料，也称之为智能驱动材料如形状记忆合金、压电材料、电致伸缩材料、磁致伸缩材料、电流变体、磁流变体和功能凝胶等。这些材料可根据温度、电场或磁场的变化而自动改变其形状、尺寸、刚度、振动频率、阻尼、内耗及其它一些机械特性，因而可根据不同需要選择其中的某些材料制作各种执行或驱动元件。

智能材料结构系统具备传感、控制和驱动三个基本要素，能通过自身的感知进行信息处理，发出指令并执行和完成动作，从而实现结构的自检测、自诊断、自监控、自校正、自修复和自适应等多种功能。通常，一种单一的功能材料要具备上述多种功能特性是很困难的，这就需要由多种材料组元复合或组装而构成一种新的智能材料。……