蒋成保材料学专家

():您长期从事智能材料(如巨磁致伸缩材料、形状记忆合金等)相关方面的研究工作,请您谈谈智能材料的应用和发展. 蒋成保:智能材料是能感知热、力、磁、电等外界环境并产生位移等驱动效应的一类重要功能材料.智能材料在国防建设和民用高技术领域都具有重要应用,其发展水平集中体现了一个国家的总体科技水平和竞争力.因此,"智能材料与结构技术"已经被列为《国家中长期科学和技术发展规划纲要》(2006～2020年)的三大前沿新材料技术之一. 智能材料主要包括形状记忆合金、磁致伸缩材料和压电材料等,将在航空领域开始发挥重要作用.如在新一代智能飞机上采用形状记忆合金制作的智能机翼,飞行过程中遇到涡流或强烈逆风时,将能像鸟儿的翅膀那样灵活改变形状,使飞机保持平稳飞行.     

航空航天智能材料与智能结构研究进展

智能材料作为新兴多功能材料,能够实现结构功能化、功能多样化。智能结构是在结构中集成智能材料作为传感器和驱动器,使结构除了具有承载、传力、连接等功能外,还具有自感知、自诊断、自驱动、自修复等能力,以更好地适应外界环境的变化,可显著提升航空航天架构的性能。目前智能材料与智能结构已成为航空航天架构减重增效研究的重点。根据国内外智能材料和结构的研究进展,综述了压电材料、铁磁材料、形状记忆材料、智能复合材料等智能材料的发展;讨论了智能结构的研究及应用前景,包括自诊断智能结构、自修复智能结构和减振降噪智能结构;最后,指出了智能材料与结构当前面临的一些挑战性问题,展望了其在航空航天领域的应用前景。     

美国推动直升机旋翼智能化研究

长期以来，振动、噪声以及效率低下等问题，严重地限制了直升机的应用范围。不过，随着人们对智能化直升机旋翼技术研究的不断深入，以上这些问题将可能得到明显改观。过去10年间，NASA、DARPA、美国陆军以及波音公司一直致力于智能材料作动旋翼技术（SMART）的研究工作，其中涵盖了压电材料研究。压电材料在电场中发生极化时会发生变形，使用了压电材料的SMART旋翼很有可能像人类肌肉那样，     

智能材料设计技术及应用研究进展

综述了智能材料的智能传感技术、智能驱动技术、智能控制技术3种关键设计技术,形状记忆材料、压电材料、智能高分子3种基础智能材料以及在船舶、电子、航空航天、土木工程等领域的应用进展,并对其未来技术发展进行了展望。     

压电驱动器的气动弹性应用

 随着压电智能材料与结构的发展,压电驱动器在气动弹性控制领域占据重要地位。使用压电驱动器控制翼面变形,利用而不是抵抗气动弹性效应可以控制升力、力矩以及它们的分布。采用基本相同的智能结构翼面控制系统,根据不同的控制目标需求,使用压电智能材料驱动器可以达到多种目的,包括静态的形状控制与动态的颤振抑制、抖振控制与阵风响应控制。静态控制方面例如改变翼面形状获得附加空气动力以增加升力、提供横滚力矩、改变升力分布以减小诱导阻力或减小翼根弯矩等;动态控制例如利用改变翼面形状产生的附加空气动力作为控制载荷,改变气动弹性系统的耦合程度,根据控制效果要求可作为气动阻尼、气动刚度或气动质量。这种控制方法可以减轻结构重量,提高操纵效率,扩大飞行包线,提高材料利用率,已成为可变形飞行器的重要研究内容。本文主要阐述压电驱动器气动弹性应用的动机与机理、发展与成就以及问题与展望。     

典型智能材料结构疲劳可靠性问题研究进展

智能材料结构在众多领域应用广泛,为防止智能材料结构在使用时发生疲劳失效,研究智能材料结构的疲劳可靠性问题有着重要意义.本文从疲劳失效的微观表征、疲劳试验的宏观现象以及疲劳可靠性问题的研究方法等角度,分析了裂纹对压电传感器性能的影响,探究了压电换能器在振动能量回收中发生疲劳失效的机理.阐述了形状记忆合金发生结构性疲劳的微...     

智能材料结构的概念和应用

智能材料结构的概念智能材料结构是将传感元件、驱动元件和控制系统结合或融合在基体材料中,这种结构不仅具有承受载荷的能力,还具有识别、分析、判断、行动等功能,具体的说,它具有通信(数据传输)、检测(应变、损伤、温度、压力及各种制导光源)、动作(改变结构外形、结构应力分布、改变电磁场及光学反射能力和化学选择能力,改变透气性和通风)等功能。结构本身还具有自诊断、自适应、自修复等能力。如果将基体材料看成为人体骨骼组成的系统,那未智能材料结构就相当于由神经、肌肉、大脑与骨骼组成的系统。因此可以将智能材料结构定义为:将具有生命功     

智能材料在微机械中的应用及发展

论述了微机械的发展现状,综述了硅、形状记忆合金、压电陶瓷、超磁致伸缩等智能材料在微型机械中的最新应用及发展趋势。提出了智能材料结构在微型机械中应用的几个关键问题。     

复合材料固化过程智能化技术及智能材料与结构体系

复合材料以其优良的性能而被广泛应用于航空、航天、军工等重要领域 ,但其成型过程难以控制 ,生产成本高。建立智能化在线监控系统 ,有效地调整生产工艺、科学设计 ,可提高生产质量 ,降低成本。除生产工艺智能化外 ,还需建立材料结构的智能化体系。本文介绍了复合材料智能制造和生产系统 ;智能材料与结构 ;智能材料工艺与结构系统中的传感器及人机界面在智能材料工艺与智能材料结构中的应用。     

材料及其“三束”改性技术的发展（上）

对智能材料、功能梯度材料、环境材料的制备和应用,采用激光束、离子束和电子束改变材料表面性能的工艺特性作了详细的介绍和展望。     

简讯

两个航空科技重点实验室建设即将启动　　航空工业总公司将投资３０００万元在南京航空航天大学建立航空电源和智能材料与结构重点实验室。其中,航空电源重点实验室建设总投资为１８００万元,主要用于购置、配备高水平的仪器设备,将重点建设计算机仿真、航空电源系统、飞机配电系统、电力电子技术、结构工艺等５个实验研究单位;智能材料与结构重点实验室建设总投资１２００万元,主要用于购置、配备高水平的材料／结构环境试验设备和材料／元件的制备及集成设备,重点建设自适应机翼和旋翼、飞机结构健康监控、结构减震降噪、材料制备、…     

智能材料及其在航空工业中的应用前景

本文简要介绍了材料科学研究的新领域──智能材料，对它的神经系统、肌肉、大脑的研究现状及其应用作了评述，指出了在未来敏感飞机中智能材料的应用前景。     

铁电材料研究进展及其在飞行器上的应用

铁电材料是具有驱动和传感 2种功能的机敏材料,可以块材、膜材 (薄膜和厚膜 )和复合材料等多种形式应用,在微电子机械和智能材料与结构系统中具有广阔的潜在应用市场。近年来铁电陶瓷材料获得很大发展,例如弛豫型铁电陶瓷,反铁电 -铁电相变型铁电陶瓷都取得了实际应用。铁电材料中大应变弛豫型铁电单晶材料研制成功,是近 50年来取得的突破性进展。主要介绍了智能材料与结构相关的铁电材料特点及其在飞行器上的应用前景     

智能结构及其传感器和致动器

本文阐述了智能结构的基本概念及其主要研究内容，就当前国际上广泛研究的智能结构光纤传感系统、电流变体致动系统、压电材料系统、形状记忆材料系统、电致伸缩和磁致伸缩系统的有关原理、性能及应用做了介绍，并对上述各种不同的传感和致动系统进行了比较。     

双周期压电网络用于叶盘结构振动抑制的研究

以整体叶盘振动抑制为目的,利用压电材料在叶盘结构不同扇区形成异周期系统,并将与压电材料连接的外部电路并联或串联形成不同形式的网络,建立该机电耦合系统的动力学方程,分析其对叶盘结构动力学特性的影响效果。研究发现,双周期压电网络对叶盘结构的频率影响很小,在本文所研究的叶盘结构模型的参数变化范围内仅对频率转向区有轻微的影响,变化最大只有2%;但是双周期压电网络会对叶盘结构的模态振型产生很大的影响,会使原各阶单一节径振型变为多节径振型,节径种类数跟双周期数有关;压电网络还会把机械位移转化为电荷位移;同时压电网络中电阻元件的引入提高了系统的模态阻尼比。这些都会对叶盘结构的振动响应起到很好的抑制效果。最后,采用修正的模态置信因子MMAC对双周期压电网络系统进行了振动抑制特性的评估,结果表明,通过对结构系统双周期数的设计能有效提高振动抑制效果。     

MSMA振动发电机的建模与仿真

振动发电就是利用电磁感应、压电技术、智能材料等将外部的机械振动能量通过一定装置转换成电能,实现机械振动能量和电能的转换.在分析磁控形状记忆合金（Magnetic Shape MemoryAlloy,简称MSMA）振动发电原理的基础上,利用MSMA智能材料的维拉利效应对振动能量进行收集,建立了MSMA振动发电机的数学模型,求出振动发电机感应电动势与压应力及外加磁场的数学关系.分析了振动应力幅值、频率的响应特性,仿真结果验证了MSMA振动发电的可行性.     

压电材料修正后的变分原理及智能板的精确解

建立了压电材料修正后的H-R混合变分原理，并从该变分原理直接推导了压电材料的状态向量方程，同时给出了与广义位移和广义应力相关的边界条件表达式。为了验证本文的理论，给出了简支压电材料矩形板静力和自由振动问题的无穷级数精确解形式。并对两个具有代表性的实例进行了数值分析，部分结果与已有的文献进行了比较，并给出了分广义位移和广义应力的分布图，它们直观地展示了精确解的优点。本文的变分公式将用采构造新颖的适应工程领域复杂压电材料问题的半解析法。     

澳大利亚组建智能材料研究中心

澳大利亚国防材料技术中心是一家私人与政府合作的中心，目前有16个可用于下一代澳大利亚军用飞机用智能材料的研究项目。     

压电材料壳的广义变分原理和状态向量方程

将三维弹性材料的H-R变分原理引入到具有机-电耦合效应的三维压电弹性材料圆柱壳问题中,建立了对应于正交各向异性压电材料圆柱壳的Hamilton型广义变分原理。通过变分运算得到了柱坐标系下的状态向量方程,该状态向量方程也是Hamilton正则方程。最后指出纯正交各向异性弹性材料壳Hamilton型广义变分原理是变分公式的特例。变分原理的建立将有利于压电材料圆柱壳静力学和动力学问题的有限元方法或半解析法的推导。     

压电驱动机构在直升机ACF智能旋翼上的应用

直升机的主动控制襟翼（ACF）型智能旋翼技术通过驱动机构带动旋翼后缘襟翼局部高频偏转，产生反相高阶气动载荷来抵消或降低旋翼高阶振动载荷，达到降低旋翼振动的目的,是直升机旋翼动力学领域发展的最新趋势之一。本文围绕使用压电材料驱动的后缘襟翼驱动机构，系统梳理了国内外各类驱动机构构型的发展历程和验证现状，对几种典型构型驱动机构的力学输出特性进行了对比分析，阐述了国内外技术差距并指出国内当前研究面临的几个主要问题，为后续国内压电驱动机构的选型、可靠性设计以及性能优化等提供参考。