《智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體系》在簡要介紹智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)闡述了作者及其課題組在水泥基智能復(fù)合材料方面的研究成果。其內(nèi)容包括:水泥基智能復(fù)合材料的組成及壓敏性,溫敏性,熱電效應(yīng),力電效應(yīng),電熱效應(yīng),損傷圖像檢測等的幾個(gè)機(jī)理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,水泥基智能復(fù)合系統(tǒng)的自診斷與自調(diào)節(jié)的理論分析,數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究模型,在道路融雪化冰,鋼筋混凝土銹蝕監(jiān)測,混凝土結(jié)構(gòu)變型檢測,結(jié)構(gòu)溫度變形自適應(yīng)調(diào)節(jié)以及混凝土結(jié)構(gòu)可視化健康檢測的階段性研究成果,并指出了水泥基智能復(fù)合材料在工程應(yīng)用中存在的一些問題。
《智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)體系》可供土木工程、力學(xué)、物理、材料等學(xué)科的相關(guān)人員、高校師生參考。
智能材料結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是20世紀(jì)末材料科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的一項(xiàng)重要突破,它標(biāo)志著材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多功能化、信息化和智能化時(shí)代的到來。
光纖光柵、形狀記憶合金、壓電材料等智能材料,有的是以器件形式存在,有的是以復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形態(tài)存在。本書的立意在于討論后一種形態(tài)的智能材料,即智能復(fù)合材料。到目前為止,已出現(xiàn)了光纖智能復(fù)合材料、記憶合金智能復(fù)合材料、壓電智能復(fù)合材料、水泥基智能復(fù)合材料等。即便如此,面對智能復(fù)合材料這樣一個(gè)重大的研究課題,其領(lǐng)域之廣泛、內(nèi)涵之深厚,不是作者能夠涉足完成的。因此,本書僅以水泥基智能復(fù)合材料的相關(guān)內(nèi)容作為討論重點(diǎn),而將應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展的、非常重要的其他智能復(fù)合材料以極少數(shù)的篇幅做了十分簡略的介紹。其原因是:一方面由于作者水平與研究領(lǐng)域十分有限;另一方面,也是因?yàn)樽髡?0余年來主要致力于水泥基智能復(fù)合材料的研究。
本教材所介紹的水泥基智能復(fù)合材料相關(guān)內(nèi)容,大部分是作者及其課題組的研究成果。該研究成果來源于兩項(xiàng)國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目資助:第一項(xiàng)是1995年啟動(dòng)的“無機(jī)非金屬智能復(fù)合材料的組成、性能與結(jié)構(gòu)”項(xiàng)目;第二項(xiàng)是2003年啟動(dòng)的“機(jī)敏混凝土及其結(jié)構(gòu)”項(xiàng)目。前一個(gè)項(xiàng)目重點(diǎn)研究水泥基智能復(fù)合材料的材料制備與性能;后一個(gè)項(xiàng)目重點(diǎn)研究水泥基智能復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)體系。
1 智能復(fù)合材料及其進(jìn)展
1.1 概述
1.1.1 智能材料
1.1.2 智能復(fù)合材料
1.1.3 智能結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)
1.2 水泥基智能復(fù)合材料的自感知研究進(jìn)展
1.2.1 壓敏特性
1.2.2 溫敏特性
1.2.3 熱電特性
1.2.4 力電效應(yīng)
1.3 水泥基智能復(fù)合材料的自調(diào)節(jié)研究進(jìn)展
1.3.1 電熱效應(yīng)
1.3.2 電力特性
1.3.3 自減振特性
1.4 水泥基智能復(fù)合材料的自愈合研究進(jìn)展
1.4.1 結(jié)晶沉淀自愈合
1.4.2 滲透結(jié)晶自愈合
1.4.3 聚合物固化仿生自愈合
1.4.4 電解沉積自愈合
1.4.s自愈合存在的問題
1.5 形狀記憶合金智能復(fù)合材料
1.5.1 在航天航空器結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用實(shí)例
1.5.2 在土木工程中的應(yīng)用實(shí)例
1.6 光纖智能復(fù)合材料
1.6.1 光纖光柵
1.6.2 光纖光柵傳感器在航空航天業(yè)中的應(yīng)用舉例
1.6.3 光纖光柵傳感器在船舶航運(yùn)業(yè)中的應(yīng)用舉例
1.6.4 光纖光柵傳感器在土木工程中的應(yīng)用舉例
1.7 壓電智能復(fù)合材料
1.7.1 阻抗法及其應(yīng)用
1.7.2 波動(dòng)法及其應(yīng)用
參考文獻(xiàn)
2 水泥基智能復(fù)合材料的壓敏性及其智能結(jié)構(gòu)
2.1 概述
2.2 水泥基智能復(fù)合材料壓敏性的定義和基本現(xiàn)象
2.3 水泥基智能復(fù)合材料組分、結(jié)構(gòu)與壓敏特性
2.3.1 碳纖維的摻量和長度對壓敏性的影響
2.3.2 齡期對壓敏性的影響
2.3.3 碳纖維表面處理對壓敏性的影響
2.3.4 外加劑對壓敏性的影響
2.3.5 成型工藝對壓敏性的影響
2.4 水泥基智能復(fù)合材料壓敏性的不同測試方法.
2.4.1 直流電阻測試法
2.4.2 交流阻抗測試法
2.4.3 電容測試法
2.5 水泥基智能復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)壓敏特性.
2.5.1 對三角波交變載荷的響應(yīng)
2.5.2 對沖擊載荷的響應(yīng)
2.6 水泥基智能復(fù)合材料壓敏性在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
2.6.1 混凝土簡支梁彎曲變形的自診斷
2.6.2 混凝土立柱偏心的自診斷
2.6.3 有溫度梯度時(shí)梁變形檢測的溫度補(bǔ)償
2.6.4 水泥基智能材料周邊有約束的壓敏性
2.6.5 利用壓敏性監(jiān)測混凝土中的鋼筋銹蝕
2.6.6 結(jié)構(gòu)平均應(yīng)變和應(yīng)力檢測
2.7 水泥基復(fù)合材料承載時(shí)的損傷.
2.7.1 水泥基材料及結(jié)構(gòu)的損傷監(jiān)測
2.7.2 水泥基材料局部損傷的檢測
2.7.3 混凝土構(gòu)件殘余壽命預(yù)測
2.7.4 混凝土的凍融損傷分析
2.7.5 新舊混凝土粘結(jié)質(zhì)量的評估
2.8 壓敏性研究目前存在的問題
參考文獻(xiàn)
3 水泥基智能復(fù)合材料的溫敏性、力電效應(yīng)及其智能結(jié)構(gòu)
3.1 概述
3.2 水泥基智能復(fù)合材料的溫敏性
3.2.1 水泥基智能復(fù)合材料的溫敏性及其機(jī)理
3.2.2 碳纖維摻量對水泥基智能復(fù)合材料溫敏性的影響
3.3 水泥基智能復(fù)合材料溫敏性在混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用
3.3.1 嵌入式溫敏混凝土結(jié)構(gòu)
3.3.2 碳纖維水泥層/普通混凝土復(fù)合溫敏結(jié)構(gòu)
3.4 水泥基智能復(fù)合材料的塞貝克效應(yīng)
3.4.1 水泥基智能復(fù)合材料的塞貝克效應(yīng)與機(jī)理
3.4.2 水泥基PN結(jié)的伏安特性及其塞貝克效應(yīng)
3.4.3 塞貝克效應(yīng)影響因素的研究
3.5 水泥基智能復(fù)合材料塞貝克效應(yīng)在混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用
3.5.1 埋入水泥基智能復(fù)合材料的溫敏混凝土柱
3.5.2 碳纖維水泥層/普通混凝土復(fù)合溫敏結(jié)構(gòu)
3.5.3 連續(xù)碳纖維溫敏混凝土桿
3.5.4 溫度自診斷自適應(yīng)智能混凝土結(jié)構(gòu)及模型
3.6 水泥基智能復(fù)合材料的力電效應(yīng)
3.6.1 水泥基智能復(fù)合材料的力電效應(yīng)
3.6.2 孔隙水與水泥基智能復(fù)合材料力電效應(yīng)的關(guān)系
3.6.3 水泥基智能復(fù)合材料力電效應(yīng)的機(jī)理
3.6.4 水泥基智能復(fù)合材料的電磁發(fā)射現(xiàn)象
3.7 水泥基智能復(fù)合材料的電力效應(yīng)
3.7.1 實(shí)驗(yàn)方法
3.7.2 水泥基智能復(fù)合材料的電力效應(yīng)
3.7.3 電力效應(yīng)的機(jī)理
3.8 基于力電效應(yīng)應(yīng)用的機(jī)敏混凝土梁
3.8.1 試驗(yàn)?zāi)P团c測試系統(tǒng)
3.8.2 試驗(yàn)結(jié)果
參考文獻(xiàn)
4 水泥基智能結(jié)構(gòu)的自調(diào)節(jié)
4.1 概述
4.1.1 變形自調(diào)節(jié)
4.1.2 溫度自調(diào)節(jié)
4.1.3 高阻尼抗振調(diào)節(jié)
4.2 變形自調(diào)節(jié)的基本原理及實(shí)驗(yàn)
4.2.1 碳纖維氈混凝土疊層梁的實(shí)驗(yàn)?zāi)P图安牧?br>4.2.2 疊層梁電熱變形實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)過程
4.2.3 疊層梁電熱變形實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
4.3 變形自調(diào)節(jié)理論分析
4.3.1 疊層梁的熱傳導(dǎo)數(shù)學(xué)模型
4.3.2 疊層梁電熱驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)
4.3.3 疊層梁的電熱變形數(shù)值模擬
4.3.4 疊層梁電熱變形的實(shí)驗(yàn)與理論數(shù)值的比較
4.4 變形自調(diào)節(jié)中的溫度、變形自檢測
4.4.1 溫度檢測
4.4.2 溫差檢測
4.4.3 變形檢測
4.5 變形自調(diào)節(jié)的控制理論與方法調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)
4.5.1 被控對象的數(shù)學(xué)模型
4.5.2 變形自調(diào)節(jié)的控制方法
4.5.3 反饋信號的預(yù)處理
4.5.4 碳纖維氈水泥砂漿疊層梁變形調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)
4.6 溫度自調(diào)節(jié)原理實(shí)驗(yàn)
5 水泥基智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷的成像診斷方法
參考文獻(xiàn)