智能材料与结构在汽车行业的应用.pdf

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1、谢建宏等：智能材料与结构在汽车行业的应用3415*智能材料与结构在汽车行业的应用∗谢建宏，张为公（东南大学仪器科学与工程系，江苏南京210096）[2]摘要：智能材料与结构在汽车行业有着重要的潜在习、自修复的材料结构系统。应用。大力研究与发展智能材料与结构，可为汽车向智能材料结构中传感器实现将机械量（应变、位轻型化、节能化、自动化、智能化和舒适化方向发展移、速度、加速度等）转化为非机械量（电、光等）。提供强有力的材料支撑，发展前景广阔。本文对智能而智能材料结构中的驱动器则正好与传感器的功能材料与结构在汽车

2、业的应用进行了阐述。相反，即将非机械量转变为应变、位移等机械力学量，关键词：智能材料与结构；汽车；应用以实现结构的应变做工、位移做工。智能结构驱动器中图分类号：TB39；U465文献标识码：Ａ具有改变智能材料系统形状、刚度、位置、自然频率、文章编号：1001-9731（2004）增刊阻尼、摩擦、流体速率，及其它机械特性的能力。基础智能材料（又称功能材料）是发展智能材料1引言[3]与结构系统的基础和先导。目前基础智能材料主要包括形状记忆合金、压电材料、铁电材料、磁致伸缩我国加入WTO之后，给汽车工业带来了巨

3、大的材料、电/磁流变体、智能光纤以及自组装材料等。冲击。汽车工业如何能在激烈的国际市场竞争中生存基础智能材料用于智能结构中传感、驱动元件的设下来，必需得善于抓住机遇，迎接挑战，积极地参与计。用于驱动器设计的基础智能材料有：压电材料、国际竞争，努力创造自己的生存和发展空间，实现汽电/磁致伸缩材料、电/磁流变体及形状记忆合金等。车各有关关键技术的提高与突破。汽车运行的舒适性、稳定性与安全性是评价汽车性能的一项重要指而用于传感器设计的基础智能材料有：压电材料、光标，是汽车产业竞争的一个极其重要的方面[1]。传统

4、导纤维等。的设计与开发方法在解决这些问题时，都往往会使问智能材料与结构的应用所涉及的领域非常广泛，题向矛盾的另一面发展。如通过采用较大阻尼的材它是一种军民两用技术，不但在宇航及国防工业，而料、利用隔声隔振技术甚至重新进行结构设计来减振且在民用方面也有着极为广泛的应用前景。如在汽车降噪，以便提高舒适性，但结果往往与汽车轻量化的行业，由于汽车结构是一种以板、壳、梁为代表的分目标相矛盾。而智能材料与结构的出现，为解决上述布式结构，是一种可能的智能结构形式，智能材料与这些问题提供了新的途径。结构在汽车业具有重要的

5、潜在应用。2智能材料与结构3智能材料与结构应用于汽车行业智能材料与结构是近年来在世界上兴起并迅速以下根据智能材料与结构所用的功能材料，阐述发展的材料技术的一个新领域。其在汽车行业的应用。智能材料与结构又称机敏材料与结构（smart/3.1电/磁流变体intelligentmaterialandstructure），泛指将传感器和驱电/磁流变体是在外加电场/磁场作用下，能迅速动器以及有关的信号处理和控制电路集成在材料结实现液体-固体性质转变的一类智能材料，这类材料构中，通过机、热、光、化、电、磁等激励和控制

6、，能感知环境（外加电场/磁场）的变化，并且根据环不仅具有承受载荷的能力，而且具有识别、分析、处境的变化自动调节材料本身的性质，使其粘度、阻尼理及控制等多种功能，能进行自诊断、自适应、自学性能和剪切应力都发生相应的变化。这种液态和固态*基金项目：国家自然科学基金资助项目（90205031）。收稿日期：2004-03-02通讯作者：谢建宏作者简介：谢建宏（1971－），男，江西高安人，博士研究生，主要研究方向为测控技术及智能结构。3416功能材料2004年增刊（35）卷之间的转化是快速可逆的，并可保持粘度连续

7、、无极3.2压电材料地变化，能耗极小，是智能材料中很好的驱动器。根压电材料具有压电效应，即当压电材料受到机械据电/磁流变体这种特殊性能及其目前所达到的水变形时有产生电势的能力，这种现象称为正压电效平，它有可能在汽车工业、液压传动与控制、机器人应；对它施加电压时有改变压电元件尺寸的能力，这工业、国防工业等领域首先获得广泛应用。据专家的种现象称为逆压电效应。逆压电效应反映了压电材料预测，汽车工业将成为这一技术最早的受益者和最大具有将电能转变为机械能的能力。利用正压电效应，的潜在的市场。这一高新技术将在未来新一

8、代汽车中可以将压电材料制成传感元件；利用逆压电效应，可得到广泛的使用，大至传动系统的离合器、悬架系统以将压电材料制成驱动元件，将驱动器置于结构中，的减振器、发动机悬置系统的隔振器、液压系统中的可以使结构变形或改变应力状态。压电材料包括压电流量控制阀和压力控制阀等关键部件、小至车门定位陶瓷、压电聚合物和压电复合材料等。[3,4][5]装置及座椅等。压电材料智能减振结构作为主动控制系统，具有3.1.1电/磁流变离合器密实性好，反应