智能材料與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

前言

材料是人類一切生產(chǎn)和生活水平提高的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類進(jìn)步的里程碑。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是20世紀(jì)80年代以來，現(xiàn)代航空、航天、電子、機(jī)械等領(lǐng)域技術(shù)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(jié)構(gòu)材料或功能材料已不能滿足要求，材料科學(xué)由單一的、僅具有承載能力的結(jié)構(gòu)材料或功能材料向多功能化、智能化的結(jié)構(gòu)材料發(fā)展。智能材料結(jié)構(gòu)是一門多學(xué)科高度交叉的新興前沿學(xué)科，其發(fā)展?jié)摿薮?，?yīng)用前景廣闊，現(xiàn)已成為國際上的研究熱點(diǎn)之一。本書的編寫就是為了培養(yǎng)新時(shí)代的創(chuàng)新型人才，擴(kuò)展學(xué)生的知識面，使課堂教學(xué)能夠緊跟時(shí)代發(fā)展前沿。全書采用循序漸進(jìn)的模式編寫，結(jié)構(gòu)清晰；注重系統(tǒng)性和可讀性；淺顯易懂，又能顯現(xiàn)科學(xué)性；基本理論與工程應(yīng)用緊密結(jié)合，突出了實(shí)用性。本書融合了相關(guān)專著和最新研究成果，以材料-器件-結(jié)構(gòu)-系統(tǒng)為主線，全面系統(tǒng)地介紹了智能材料與結(jié)構(gòu)這一新興研究領(lǐng)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(jié)構(gòu)和智能結(jié)構(gòu)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(shí)也可作為土木類、建筑類、交通類等工科專業(yè)領(lǐng)域的老師和學(xué)生以及相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的參考用書。本書的第1、2、3章由石家莊鐵道大學(xué)的張光磊編寫，第4、5章由石家莊鐵道大學(xué)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(jì)全國高等院校材料類創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)規(guī)劃教材編審指導(dǎo)與建設(shè)委員會(huì)、北京大學(xué)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(shù)資料，在此謹(jǐn)對這些著作、教材和技術(shù)資料的編著者表示衷心的感謝！同時(shí)也感謝那些從事智能材料與結(jié)構(gòu)方面研究的科學(xué)家和技術(shù)人員，是他們孜孜不倦的科學(xué)研究與創(chuàng)新思維促進(jìn)了這個(gè)新領(lǐng)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(guān)老師和編者學(xué)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(xué)生和其他讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書以材料-器件-結(jié)構(gòu)-系統(tǒng)為主線，將基本理論與工程應(yīng)用緊密結(jié)合，從材料與智能、智能材料、智能器件、智能材料結(jié)構(gòu)和智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等方面循序漸進(jìn)地介紹了智能材料與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本概念、性能特征、發(fā)展和應(yīng)用等。本書列舉了很多實(shí)用性和工程性很強(qiáng)的實(shí)例，融入了最新的科研成果，反映了智能材料結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的最新動(dòng)態(tài)和進(jìn)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(guān)專業(yè)技術(shù)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(huì)　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(jié)構(gòu)材料智能化　1.3　材料的機(jī)敏度和結(jié)構(gòu)的智商　綜合習(xí)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(biāo)　　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(shè)計(jì)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(xí)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(yīng)變絲　　3.1.3　壓電傳感器　　3.1.4　疲勞壽命計(jì)　　3.1.5　碳纖維水泥石壓敏傳感器　　3.1.6　半導(dǎo)體傳感元件　3.2　驅(qū)動(dòng)元件　　3.2.1　壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器　　3.2.2　壓電陶瓷微位移裝置　　3.2.3　形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器　　3.2.4　電致伸縮傳動(dòng)器　　3.2.5　磁致伸縮材料微位移驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)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(lǐng)域的應(yīng)用　　3.3.4　靜應(yīng)力傳感領(lǐng)域　　3.3.5　智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)　綜合習(xí)題第4章　智能材料結(jié)構(gòu)　4.1　智能材料與結(jié)構(gòu)的定義和分類　　4.1.1　智能材料與結(jié)構(gòu)的概念　　4.1.2　智能材料與結(jié)構(gòu)的分類　4.2　智能材料與結(jié)構(gòu)的研究范圍和應(yīng)用前景　　4.2.1　智能材料與結(jié)構(gòu)的研究范圍　　4.2.2　智能材料與結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢　……第5章　智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：3.蚯蚓皮膚幾何結(jié)構(gòu)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(guān)，纖維角54。時(shí)體積最大，可收縮凝膠圓柱體起肌肉作用，調(diào)控凝膠介質(zhì)的pH值，會(huì)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(chǎn)生的收縮力約0.1 MPa，且響應(yīng)速率有待提高。4.實(shí)驗(yàn)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(hù)眼內(nèi)器官，角膜受傷或疾患會(huì)使它變渾濁，損及視力，甚至失明。雖可用正常角膜進(jìn)行移植，但供體有限，科學(xué)家們正努力用培養(yǎng)的人角膜細(xì)胞構(gòu)建人角膜取代物。角膜含有三類細(xì)胞，即構(gòu)成外層的上皮細(xì)胞、聚集在基膜的角質(zhì)形成細(xì)胞及內(nèi)層的內(nèi)皮細(xì)胞。采用戊二醛交聯(lián)的膠原一硫酸軟骨素基質(zhì)作為組織基材，將人死亡后的角膜低傳代細(xì)胞分別按層次種植形成基質(zhì)層、上皮層和下皮層。此類結(jié)構(gòu)物置于適宜的培養(yǎng)介質(zhì)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(nèi)皮放在底層，在空氣一液體界面頂層與低傳代人角膜細(xì)胞來構(gòu)筑角膜取代物。組裝的角膜取代物分化兩周再應(yīng)用。角膜取代物的總體形態(tài)、透明性和組織學(xué)上均和人角膜類似。添加血纖蛋白修飾基質(zhì)，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(qū)動(dòng)元件日本學(xué)者用紫外線輻照芳基乙炔化合物單晶使其轉(zhuǎn)變成藍(lán)色，且它們的表面產(chǎn)生階梯或谷槽狀皺紋，將此結(jié)晶暴露于可見光，則又回復(fù)無色和平整狀態(tài)，這種可逆的形狀變化可望用做光驅(qū)動(dòng)納米元件。時(shí)間延長，階梯數(shù)目增多且其高度增大，變化至少達(dá)1nm。這是因?yàn)榉蓟胰不衔镩]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(zhuǎn)且拉伸，使谷槽填實(shí)或階梯平整。這一實(shí)例說明某些結(jié)晶能在外界刺激下發(fā)生內(nèi)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(jié)構(gòu)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(shè)置導(dǎo)入案例、閱讀材料和應(yīng)用案例等多種模塊，并配備大量實(shí)物圖和實(shí)景圖，并輔以示意圖進(jìn)行介紹，增強(qiáng)教材的可讀性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。知識內(nèi)容新穎：充分反映學(xué)科新理論、新技術(shù)、新材料和新工藝，體現(xiàn)最新教學(xué)改革成果，并將學(xué)科發(fā)展趨勢和前沿研究內(nèi)容以閱讀材料的方式介紹給學(xué)生，增強(qiáng)教材內(nèi)容的延展性，有效拓展學(xué)生的知識面。實(shí)用：知識體系實(shí)用：以學(xué)生就業(yè)所需專業(yè)知識和操作技能為著眼點(diǎn)，著重講解應(yīng)用型人才培養(yǎng)所需的技能。理論講解簡單實(shí)用，重視實(shí)踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)化實(shí)際操作訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)意識和職業(yè)能力。讓學(xué)生學(xué)而有用，學(xué)而能用。內(nèi)容編排實(shí)用：以學(xué)生為本，緊緊抓住學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的動(dòng)力點(diǎn)，并充分考慮學(xué)生的認(rèn)知過程，結(jié)合不同的工程實(shí)例深入淺出地進(jìn)行講解，案例分析和習(xí)題設(shè)置注重啟發(fā)性，強(qiáng)調(diào)鍛煉學(xué)生的思維能力和運(yùn)用知識解決問題的能力。

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