智能结构题目及答案.doc

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1、一、简答题1.试解释什么叫智能材料结构,从仿生的角度,智能结构的相应单元相当生物体的什么单元?智能材料:是指具有感知环境(包括内环境和外环境)刺激,对之进行分析、处理、判断,并采取一定的措施进行适度响应的含智能特征的材料。智能结构:是一种仿生结构体系,它集主结构、传感器、控制器及驱动器于一体,具有结构健康自诊断、自监控、环境自适应以及损伤自愈合自修复的智能功能,在危险发生时能自己保护自己。相应单元:通常智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器构成。基体材料:骨骼。(主要起承载作用)敏感材料:神经元( 敏感材料主要起感知环境变化(包括温度、压力、应力、电磁场、和酸碱度等)的作用。

2、如形状记忆材料、压电材料、光纤、磁致伸缩材料、pH致伸缩材料、电致变色材料、电致粘流体、磁致粘流体和液晶材料等);驱动材料:肌肉。( 驱动材料在一定条件下可产生较大的应变和应力,从而起到响应和控制的作用。最有效的如形状记忆材料、压电材料、电致流变体和磁致伸缩材料等。可见它们既是驱动材料又是敏感材料,通过恰当的设计,一种材料可同时起两个组元的作用。)信息处理器:大脑。2.试述和传统材料与结构设计相比,智能材料与结构设计的特点?智能材料(Intelligentmaterial)是指具有感知环境(包括内环境和外环境)刺激,对之进行分析、处理、判断,并采取一定的措施进行适度响应的含智能特征的材料

3、。使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失,实现结构功能化、功能多样化。智能材料结构的核心思想是将传感元件、驱动元件、控制元件与主体结构材料集成为一个整体,通过机械、热、光、电、磁等作用,提取结构信息,经过处理后形成控制激励,改变结构的形状、运动状态、受力状态等。这使得结构不仅具有承受载荷的能力,还具有识别、分析、处理及控制等多种功能,并能进行数据的传输和多种参数的检测;具有主动改变材料中的应力分布、强度、刚度等多种功能;从而使结构材料本身具有自诊断、自适应、自学习、自修复等能力。3.试举例说明几种常见的智能结构的组成及其基本功能智能旋翼:由桨毂、柔性梁与桨叶固连,同时在柔性梁

4、中植入传感、驱动系统,结合外围装置,从而实现对旋翼系统的扭转以及振动的主动控制。自适应机翼:依靠与机翼结构相融合的传感器(光纤传感器)和驱动器(压电传感器)改变翼型参数或流场参数,使飞机获得最佳气动特性,从而机动性更强。输油管道结构健康监测系统:使用智能材料制成集成化、小型化传感器,通过检测技术、传感网络实现特征提取,实现远程监控。4.与普通直升机旋翼相比,智能旋翼有什么特点和优势?智能旋翼有哪几种主要的驱动方式?普通直升机上存在减振频带窄、低频特性差、结构重量代价高等被动式抑振技术的固有缺陷,而智能旋翼利用压电材料和磁致伸缩材料的重量轻、体积小、对外输入响应速度快等优点实现了对旋翼系统

5、的振动主动控制,同时他还使用集流环实现电能、控制信号的非接触式传输驱动方式主要分为①桨叶俯仰控制;②桨叶扭转控制;③桨叶翼型剖面弯度控制;④桨叶主动附翼控制。1.试述与传统固定翼机翼相比自适应机翼结构上的不同和优点。传统固定翼机翼只能通过舵面实现飞机的俯仰、滚转、偏航,他的机翼外形和表面流场不能改变;自适应机翼通常有2种形式1、流动控制自适应机翼(主动流场控制)2、改变机翼几何构形的自适应机翼,如可变前后缘的保形控制面(前后缘连续光滑变化)、机翼盒段扭转、改变机翼展弦比(如变后掠翼、无人机伸缩翼等)优点:依靠与机翼结构相融合的传感器(光纤传感器)和驱动器(压电传感器)改变翼型参数或流场参

6、数,使飞机获得最佳气动特性,从而机动性更强。2.试述一个结构健康监测系统的基本组成,并解释什么是强度自诊断、自适应系统。输油管道结构健康监测系统:传感器系统→数据采集系统→数据传输和存储系统→系统识别→结构模型更新→→结构状况评估→结构寿命评估。通过使用传感、驱动材料等智能材料,从而实现诊断材料缺陷、预报疲劳寿命、诊断结构损伤、抑制损伤扩展等功能的系统叫做强度自诊断、自适应系统。3.试述减振降噪智能结构的基本组成,并解释振动被动控制、主动控制和半主动控制的基本概念以及其适应哪些场合以及有何优缺点。减振降噪技能结构集传感、驱动、结构、控制为一体,基本组成如下:信号源(压电传感器)→电荷放大

7、器→A/DComputer压电驱动器←高压功率放大器←DA被动控制:不需要外部输入能量,而是通过控制装置来改变结构阻尼、刚度或质量,从实现振动被动控制。主动控制:有传感器、驱动器以及CPU组成,传感器用来检测外部激励或结构响应,驱动设备根据计算机指令产生需要的控制力并施加给被控结构。半主动控制:处于前两者之间,根据结构的振动反应或动载荷信息,实现改变结构的参数(阻尼、刚度等),来减小结构振动的响应。优缺点被动控制:不需要输入外界能

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