土木工程材料论文
智能材料在土木工程中的应用。
随着人们对土木工程质量和功能的要求越来越高，各种智能材料，包括光纤、压磁、压电和记忆合金，已经广泛应用于土木工程领域。本文介绍了智能材料的概念、特点及其在土木工程中的应用，并展望了其未来的应用趋势。
智能材料；土木工程；特点；发展趋势
介绍
目前，随着光钎焊、压磁、压电和形状记忆合金等材料的发展，智能材料已广泛应用于土木工程的各个领域。最基本的智能材料一般被称为传感材料，能够感知内外刺激所激发的物质。能够通过感知内外条件的变化来适应环境的材料，称为驱动材料。现在的智能材料一般需要多种材料进行组装，实现在环境变化下对材料结构的诊断、修复和调整。
一、智能材料的类型和特点
智能材料的概念在20世纪80年代初被系统地提出，并在80年代末获得了前所未有的发展空间。随着光纤、压磁、形状记忆合金等智能材料的发展，它们在土木工程中得到了广泛的应用。智能材料由于功能特性不同，通常可以分为两类。一类是能感知外界或内部刺激强度的材料，称为感知材料。另一类是能因外部环境条件或内部条件而响应或驱动变化的材料，也称为智能驱动材料。智能材料结构有三个要素:控制、传感和驱动。它可以利用自身的感知来处理信息、发出指令和执行动作，进而实现结构的自我监测、诊断、检测、修复、修正和适应等多种功能。一般来说，单一的功能材料很难具备上述多种功能，只能通过多种材料的复合或组装形成新的智能材料来实现。
二、智能材料在土木工程中的应用
1.形状记忆合金的应用
形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的智能合金材料。作为一种新型功能材料，最重要的优点是该材料在激发材料形状记忆效应的过程中可以产生高于700 MPa的回复应力和8%左右的回复应变，同时还具有很强的能量传输和储存能力。这一特性的应用可以将材料置入各种结构中，实现结构的自诊断、增韧、增强和自适应控制的应用研究，还可以将材料发展成智能致动器，开展结构变形、损伤、裂纹和振动等方面的应用研究。相变的伪弹性和滞后性是形状记忆合金的另一个优点，在加卸载过程中其应力应变曲线呈环状，说明材料在这个过程中可以吸收和耗散更多的能量。形状记忆合金具有高达400 MPa的相变恢复力。结合这一特点，可开发形状记忆合金被动耗能控制系统，实现相变的伪弹性性能，可用于土木工程结构的耗能和抗震被动控制。通常在楼层之间或结构底部安装形状记忆合金被动耗能控制系统，通过耗能系统实现对结构层间变形的感知，进而起到消耗地震能量的作用。相关研究结果表明，在耗能器中安装形状记忆合金结构后，耗能器可以吸收约三分之二的地震能量，显著抑制结构的位移。
2.压电材料的应用
压电材料一般是指接受压力后两端有电压的晶体材料。压电材料在土木工程中的应用主要包括结构的静态变形控制、噪声控制、抗震抗风等。压电材料的传统使用方法是通过压电传感元件感知结构的振动，利用传感器的输出结果实现振动的感知和预警。在此基础上，采用合适的控制算法对压电体的输入进行控制和量化，从而控制结构振动，这是目前压电智能材料的研究前沿。随着研究和技术的发展，压电智能结构在土木工程中的应用应该会越来越广泛。
3.光纤的应用
光纤是一种纤维状的光通信介质材料，由外包层和内芯组成。这种材料最初是通过使用先进的信息传输技术用于通信传输系统。光子作为信息载体，速度和容量都比电子高，所以发展很快。光子具有高并行处理能力和高信息率，在信息容量和处理速度上充分发挥了潜力。光纤材料已经应用于监测、传感和信息长距离传输等领域。在传统混凝土结构中嵌入光纤作为传感元件，实现对各种结构指标的自动监测、诊断、控制、预测和评估功能，并嵌入形状记忆合金等驱动元件，将信息处理系统和控制元件有机结合，使混凝土结构具有智能功能，进而实现混凝土结构的自诊断和修复。在土木工程结构的诊断和地震反应的主动控制中，光纤材料一直是设计传感器的理想材料，在我国已用于三峡大坝的检测和评估。
4.压磁材料的应用
压磁材料在土木工程中的应用主要包括磁流变材料和磁致伸缩材料。基于磁流变材料的原理，当磁场强度高于临界强度时，磁流变在很短的时间内由液态变为固态。介于固体和液体之间，根据磁流变液的特性，它具有快速、可控、可逆的特点，控制流体特性需要的能量低。因此，磁流变液通常被用作智能结构中动力装置的主要材料。基于此，磁流变材料可用于高层建筑结构中，实现地震的半主动控制。磁致伸缩材料因其广阔的潜在应用前景，近年来引起了人们的极大关注。磁致伸缩材料具有很强的磁致伸缩效应，可以在电磁和机械之间进行可逆转换。这一特性使其适用于大功率超声波器件、声纳系统、精确定位控制等诸多领域。
三、智能材料的发展趋势
在土木工程领域，智能材料的发展趋势集中在以下三个方面。一种是对结构状态进行实时监测和检测，在土木结构中集成传感和驱动部件，利用其网络对结构状态进行实时监测，从而保证土木工程结构和基础设施的安全，有效降低维护成本。其次，形状自适应材料和结构不仅可以承载和传递运动，还可以检测和改变结构特性，具有广阔的应用前景。第三，结构减振、抗震、抗风、降噪的自适应控制一直是土木工程设计中的重要问题，特别是对于桥梁、高层建筑等土木工程结构的抗震抗风。智能材料的发展和应用为其实现结构的自适应控制提供了重要途径。虽然目前的智能材料还存在一些不足，但随着相关研究的深入，智能材料的性能将会得到显著提高。在许多领域，智能材料将发挥其潜力，显示出广阔的应用前景。开展的研究包括力学、计算机控制、材料、微电子、人工智能等学科和技术。
四。结论
综上所述，随着智能材料的广泛应用和小型化、多功能、大功率构件的逐步发展，建筑结构将发展成为集控制、传感、驱动系统和耦合/连接构件于一体的主动智能建筑结构，对有效利用太阳能、抵御地震和风振等严重自然灾害的影响，为人们的工作和生活提供更加舒适、安全的环境具有重要作用，对提高土木工程结构施工质量具有重要意义。
参考资料:
【1】张亚东。智能材料在土木工程中的应用研究[J].科技信息，2011 (30): 49。
[2]黄埔时间。智能材料在土木工程建设中的研究[J].数字用户，2013 (11): 27。
[3]汪洋。智能建筑材料在绿色生态节能建筑中的应用[J].国外建筑材料科技，2008，29 (2): 123-126。
郑智，张永兴，董强。智能材料及其在土木工程中的应用[J].重庆交通大学学报，2005，24 (6): 91-94。
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