智能材料與結構系統(tǒng)

前言

材料是人類一切生產和生活水平提高的物質基礎，是人類進步的里程碑。隨著科學技術的發(fā)展，特別是20世紀80年代以來，現代航空、航天、電子、機械等領域技術的飛速發(fā)展，人們對所使用的材料性能提出了越來越高的要求，傳統(tǒng)的結構材料或功能材料已不能滿足要求，材料科學由單一的、僅具有承載能力的結構材料或功能材料向多功能化、智能化的結構材料發(fā)展。智能材料結構是一門多學科高度交叉的新興前沿學科，其發(fā)展?jié)摿薮?，應用前景廣闊，現已成為國際上的研究熱點之一。本書的編寫就是為了培養(yǎng)新時代的創(chuàng)新型人才，擴展學生的知識面，使課堂教學能夠緊跟時代發(fā)展前沿。全書采用循序漸進的模式編寫，結構清晰；注重系統(tǒng)性和可讀性；淺顯易懂，又能顯現科學性；基本理論與工程應用緊密結合，突出了實用性。本書融合了相關專著和最新研究成果，以材料-器件-結構-系統(tǒng)為主線，全面系統(tǒng)地介紹了智能材料與結構這一新興研究領域。本書共分5章，分別為材料與智能、智能材料、智能器件、智能材料結構和智能結構系統(tǒng)。本書可作為高等院校材料類專業(yè)的本科生或研究生的專業(yè)教材或參考書，同時也可作為土木類、建筑類、交通類等工科專業(yè)領域的老師和學生以及相關專業(yè)技術人員的參考用書。本書的第1、2、3章由石家莊鐵道大學的張光磊編寫，第4、5章由石家莊鐵道大學的杜彥良編寫。全書由張光磊統(tǒng)稿。本書在編寫過程中，得到了21世紀全國高等院校材料類創(chuàng)新型應用人才培養(yǎng)規(guī)劃教材編審指導與建設委員會、北京大學出版社及編寫人員所在工作單位的支持與幫助，在此深表謝意！本書參考了大量的著作、教材和技術資料，在此謹對這些著作、教材和技術資料的編著者表示衷心的感謝！同時也感謝那些從事智能材料與結構方面研究的科學家和技術人員，是他們孜孜不倦的科學研究與創(chuàng)新思維促進了這個新領域的不斷發(fā)展。本書在編寫過程中還得到了孫寶臣教授、付華副教授等課題組相關老師和編者學生的大力幫助，在此深表謝意！由于編者水平有限，書中疏漏之處在所難免，懇請廣大教師、學生和其他讀者批評指正。

內容概要

本書以材料-器件-結構-系統(tǒng)為主線，將基本理論與工程應用緊密結合，從材料與智能、智能材料、智能器件、智能材料結構和智能結構系統(tǒng)等方面循序漸進地介紹了智能材料與結構系統(tǒng)的基本概念、性能特征、發(fā)展和應用等。本書列舉了很多實用性和工程性很強的實例，融入了最新的科研成果，反映了智能材料結構領域的最新動態(tài)和進展?！　”緯勺鳛楦叩仍盒２牧项悓I(yè)的本科生或研究生的專業(yè)教材，也可作為相關專業(yè)技術人員的參考用書。

書籍目錄

第1章　材料與智能　1.1　材料與社會　1.2　材料的智能化　　1.2.1　生物信息　　1.2.2　生物材料智能化　　1.2.3　功能材料智能化　　1.2.4　結構材料智能化　1.3　材料的機敏度和結構的智商　綜合習題第2章　智能材料　2.1　智能材料的定義與分類　　2.1.1　智能材料的定義　　2.1.2　智能材料的度量指標　　2.1.3　智能材料的分類　2.2　智能材料的特征與功能　2.3　智能材料的設計思路　2.4　典型的智能材料　　2.4.1　光纖　　2.4.2　形狀記憶合金　　2.4.3　形狀記憶聚合物　　2.4.4　壓電材料　　2.4.5　磁致伸縮材料　　2.4.6　電致伸縮材料　　2.4.7　電流變體材料　　2.4.8　磁流變液　　2.4.9　疲勞壽命絲（箔）　　2.4.10　聚合膠體　綜合習題第3章　智能器件　3.1　傳感元件　　3.1.1　光纖傳感器　　3.1.2　電阻應變絲　　3.1.3　壓電傳感器　　3.1.4　疲勞壽命計　　3.1.5　碳纖維水泥石壓敏傳感器　　3.1.6　半導體傳感元件　3.2　驅動元件　　3.2.1　壓電陶瓷驅動器　　3.2.2　壓電陶瓷微位移裝置　　3.2.3　形狀記憶合金驅動器　　3.2.4　電致伸縮傳動器　　3.2.5　磁致伸縮材料微位移驅動器　　3.2.6　汽車電流變液變速箱　　3.2.7　磁流變阻尼器　　3.2.8　聚合膠體驅動器　3.3　控制元件　　3.3.1　壓電摩擦耗能器　　3.3.2　聲納系統(tǒng)　　3.3.3　伺服領域的應用　　3.3.4　靜應力傳感領域　　3.3.5　智能復合材料結構　綜合習題第4章　智能材料結構　4.1　智能材料與結構的定義和分類　　4.1.1　智能材料與結構的概念　　4.1.2　智能材料與結構的分類　4.2　智能材料與結構的研究范圍和應用前景　　4.2.1　智能材料與結構的研究范圍　　4.2.2　智能材料與結構的應用前景及發(fā)展趨勢　……第5章　智能結構系統(tǒng)參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：3.蚯蚓皮膚幾何結構人類的肌肉由一層膠原纖維和一層肌肉束膜連成肌腱，它繞成相交的螺旋狀，與蚯蚓皮膚很相似，其圓柱體積和長徑比同纖維角相關，纖維角54。時體積最大，可收縮凝膠圓柱體起肌肉作用，調控凝膠介質的pH值，會使其體積變化。在水存在下增大pH值，凝膠溶脹，促使纖維移向最大纖維角，圓柱體發(fā)生收縮。此類系統(tǒng)產生的收縮力約0.1 MPa，且響應速率有待提高。4.實驗室中生長的角膜眼睛是心靈的窗戶，角膜就是窗玻璃，它是透明且富有韌性的組織，其功能是容許光透過并保護眼內器官，角膜受傷或疾患會使它變渾濁，損及視力，甚至失明。雖可用正常角膜進行移植，但供體有限，科學家們正努力用培養(yǎng)的人角膜細胞構建人角膜取代物。角膜含有三類細胞，即構成外層的上皮細胞、聚集在基膜的角質形成細胞及內層的內皮細胞。采用戊二醛交聯的膠原一硫酸軟骨素基質作為組織基材，將人死亡后的角膜低傳代細胞分別按層次種植形成基質層、上皮層和下皮層。此類結構物置于適宜的培養(yǎng)介質中，一旦底層的上皮融合，再將其置于空氣中使它分化成多層。也可把角膜內皮放在底層，在空氣一液體界面頂層與低傳代人角膜細胞來構筑角膜取代物。組裝的角膜取代物分化兩周再應用。角膜取代物的總體形態(tài)、透明性和組織學上均和人角膜類似。添加血纖蛋白修飾基質，可使其生成血管，這種取代物具有移植前景，但仍有許多工作要做。5.光驅動元件日本學者用紫外線輻照芳基乙炔化合物單晶使其轉變成藍色，且它們的表面產生階梯或谷槽狀皺紋，將此結晶暴露于可見光，則又回復無色和平整狀態(tài)，這種可逆的形狀變化可望用做光驅動納米元件。時間延長，階梯數目增多且其高度增大，變化至少達1nm。這是因為芳基乙炔化合物閉環(huán)使分子堆砌較緊密，在可見光下處于開環(huán)型，化合物的噻吩環(huán)旋轉且拉伸，使谷槽填實或階梯平整。這一實例說明某些結晶能在外界刺激下發(fā)生內部變化，改變其形貌，且能重新以有序方式愈合。

編輯推薦

《智能材料與結構系統(tǒng)》：新穎：編寫體例新穎：借鑒優(yōu)秀教材特別是國外精品教材的寫作思路和方法，圖文并茂，活潑新穎。書中設置導入案例、閱讀材料和應用案例等多種模塊，并配備大量實物圖和實景圖，并輔以示意圖進行介紹，增強教材的可讀性，激發(fā)學生的學習興趣。知識內容新穎：充分反映學科新理論、新技術、新材料和新工藝，體現最新教學改革成果，并將學科發(fā)展趨勢和前沿研究內容以閱讀材料的方式介紹給學生，增強教材內容的延展性，有效拓展學生的知識面。實用：知識體系實用：以學生就業(yè)所需專業(yè)知識和操作技能為著眼點，著重講解應用型人才培養(yǎng)所需的技能。理論講解簡單實用，重視實踐環(huán)節(jié)，強化實際操作訓練，培養(yǎng)學生的職業(yè)意識和職業(yè)能力。讓學生學而有用，學而能用。內容編排實用：以學生為本，緊緊抓住學生專業(yè)學習的動力點，并充分考慮學生的認知過程，結合不同的工程實例深入淺出地進行講解，案例分析和習題設置注重啟發(fā)性，強調鍛煉學生的思維能力和運用知識解決問題的能力。

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