土木工程专业研究生课程智能材料与结构教学实践-2019年教育文档

J IAN SHE YAN JIU技术应用232智能材料与结构在土木工程领域应用研究Zhi neng cai liao yu jie gouzai tu mu gong cheng ling yu ying yong yan jiu吴雯土木工程结构规模较大，智能材料与结构在土木工程领域的应用可以增强工程结构与基础设施的安全性，有效减少混凝土结构的维修成本。

基于此，本文主要对智能材料与结构在土木工程领域中的应用作了简要的分析和论述，希望给相关研究人员带来参考价值。

智能材料与结构这个概念最早提出在1989年，它是一种对环境具有可感知、可响应等功能的新材料。

智能材料与结构是一门新兴学科。

近年来，随着智能材料与结构的发展，智能材料应用的范围也越来越广，国内外专家学者对智能材料的相关研究也在不断深入，逐渐成为工程学科发展的前沿。

一、智能材料与结构的基本概念智能材料与结构，顾名思义，这种材料与结构具有智能性。

目前，在工程领域所使用的智能材料与结构的智能性主要体现在其具有感知和控制等功能上，这种复合材料能像生物体一样感知到环境中各项因素的变化，并且其能够将有关信息进行传输，工作人员可以根据相关信息来判断结构状态。

原构件本身没有感知功能，它主要通过融入材料使新的复合材料具有感知环境状况的功能。

融入材料也应具备对环境参数的敏感性。

此外，智能材料与结构还能在材料与结构中传输各种信息，其具有体积小，传输信息量大的特点，目前比较常用的传递方法是通过光导纤维来传递信息。

智能材料与结构的智能性主要体现在其与普通功能材料的区别上，除了上面所述的能敏感、传输环境参数外，它还具有分析、判断环境参数的性质与变化的功能，经过“训练”的智能材料与结构能够实现上述功能。

近年来，随着计算机技术的发展，人们尝试通过在智能材料与结构中植入小型电脑芯片，将材料的敏感信息通过神经网络传输到计算机系统中，以实现更多智能特性。

智能材料与结构中的超小芯片可以控制微型驱动系统，它具有很强的自适应特性，当环境中的温度、湿度等发生变化时，它能够自动适应，同时它具有自修复功能，如果构件发生损伤，它可以自行修复，省去了很多麻烦。

土木工程专业研究生课程智能材料与结构教学实践10052909（2015）02004103 智能材料结构是材料学与多学科交叉融合发展起来的高新技术结构，是集传感、驱动及信息处理等功能于一体的功能性材料结构，具有自诊断、自适应、自学习、自修复、自增值、自衰减等六大生命功能[1] 。

近20 年来，智能材料结构随着材料科学、力学、控制理论、计算机技术、信息理论等学科的发展已成为国内外最活跃的研究领域之一，国内外学者对智能结构的研究及探索不断深入，智能结构领域及技术迅速发展[2] 。

智能材料与智能结构是力学的重要分支，其研究涉及土木工程、力学、材料学、化学、信息论、电子技术、机械工程、光学、计算机技术、仿生学、控制理论等一系列学科中的先进技术，同时引发出新的研究领域。

如仿生机器人、结构健康监测、传感材料、驱动材料、元器件及材料制造新技术和新的控制理论等[3] 。

智能材料与结构在土木工程领域中有着巨大的应用前景，其发展不仅意味着增强结构功能，提高结构使用效率及优化结构设计形式，而且也打破了许多土木工程结构在设计、建造、维护和使用控制等方面的传统观念。

目前，在土木工程结构领域，智能材料结构系统的应用主要集中在结构的健康监测，形状自适应记忆合金材料及结构减振抗风降噪的自适应控制等方面[4] 。

为提高工程结构质量和结构安全性及使用可靠性，将智能材料中先进的自诊断理念引入研究领域，针对重大工程中结构损伤特征及应用对象和领域，研制应用于土木工程结构的主动减振、精密位移控制、损伤主动在线监测技术的智能材料与结构。

在土木工程专业研究生教学中开设智能材料与结构课程非常有必要。

目前，智能材料与结构课程教学在课程体系上较封闭，学生知识面不够导致学习积极性不高，且由于该门课程学时的限制，教师授课时只能挑选部分章节讲授，疑难问题不断增加，给研究生科研指导不大，忽略了这门课程对研究生实践能力的培养，严重影响了学生学习内容的深度和广度。

土木工程中的智能材料与结构研究近年来，随着科学技术的不断进步，土木工程领域引入了智能材料和结构的研究。

智能材料是指那些能够根据环境条件或外部刺激自动调整其性质和功能的材料，而智能结构则是利用智能材料构建的具有自适应特性的工程结构。

本文将从智能材料和智能结构两个方面探讨土木工程中的智能材料与结构研究。

一、智能材料在土木工程中的应用1. 智能感知材料智能感知材料具有感知外界信号的能力，能够实时获取并传递外界信息。

在土木工程中，智能感知材料广泛应用于结构健康监测领域。

通过嵌入智能感知材料到结构中，可以及时监测结构的变形、应力和振动等参数，预测结构的损伤状况，提高结构的安全性和可靠性。

2. 智能调控材料智能调控材料能够根据外界环境变化自动调节其内部结构和性能。

在土木工程中，智能调控材料主要应用于隔振减震和形状调控领域。

通过使用智能调控材料构建的隔振减震系统，可以有效减少地震或风振对建筑结构造成的影响，保护建筑物及其内部设备的安全。

同时，智能调控材料也广泛应用于桥梁工程中，通过调节材料的形状和性能来改变桥梁的刚度和几何形态，提高桥梁的自适应能力和荷载承载能力。

3. 智能修复材料智能修复材料能够根据结构损伤的位置和程度自行修复，降低了维修和更换的成本。

在土木工程中，智能修复材料主要应用于混凝土结构和金属结构的修复领域。

智能修复材料通过嵌入微胶囊或纳米颗粒等修复剂，在结构损伤发生后自动释放修复剂，填补或修复结构中的裂缝和损伤，恢复结构的完整性和功能。

二、智能结构在土木工程中的应用1. 智能悬挂系统智能悬挂系统是指通过在建筑物或桥梁的结构中嵌入智能材料和传感器，实现对结构自适应运动控制的技术。

在土木工程中，智能悬挂系统广泛应用于高速铁路、地铁和大跨度桥梁等工程。

通过智能悬挂系统的应用，可以降低结构对地震和风振的响应，提高结构的安全性和舒适性。

2. 智能保温系统智能保温系统是指通过调节和控制建筑物墙体、屋顶和窗户等部位的密封性和保温性能，实现自动调控室内温度的系统。

土木工程建设中智能材料的应用研究摘要：随着科学技术手段的高速发展，在工程材料的研发中应用了越来越多的高新技术手段，而随着各种材料的不断出现，智能材料的出现为力学问题的解决提供了更为科学有效的途径。

智能材料就是随着环境条件以及内部状态的变化产生精准、高效以及合适的响应，其具有自主分析、调整、修复等功能。

在土木工程中合理应用可以有效的提升工程质量。

基于此，文章主要对土木工程建设中智能材料的应用研究进行了简单的分析论述。

关键词：土木工程建设；智能材料；应用研究智能材料是一种应用前景较为广阔的新兴材料，深受人们的重视。

而土木工程结构较为庞大，进行钢筋混凝土结构强度以及建筑结构完整性评估过程中通过智能材料可以对建筑结构的性能进行预先性的检测以及预报分析，可以有效的减少混凝土结构的维护费用，降低其对人们产生的不良影响。

1.智能材料分类与特征1.1智能材料分类智能材料融合了信息科学领域的知识，实现了结构功能化以及功能智能化的发展。

智能材料结构中的关键内容就是可以对外界的环境反应产生变化的智能材料。

智能材料可以利用自身的特征与功能充分的感知周边环境的变化，可以通过实时化的方式转变自身一种或者多种的性能参数，可以根据具体的需求与环境适应的材料复合。

1.2智能材料特征现阶段智能材料是一种新型的材料，可以感知周边环境的变化，了解内环境、外环境产生的刺激与影响，根据状况对其进行分析、处理以及判断，通过特定的措施与手段进行智能化特征处理的材料。

1.2.1传感与反馈传感就是智能材料可以感知外界或者自身所处的环境特征；而反馈则是职能材料所感知的传感网络可以实现对系统输入以及输出信息的对比，将结果传递给控制系统。

1.2.2信息识别积累以及相应处理信息识别积累就是智能材料可以识别传感网络获得的各种信息，积累分析。

响应则是可以根据内部条件以及外界环境的不同变化对其进行对应的反应而采取的行动。

2.智能材料在土木工程建设中的应用研究2.1光导纤维光导纤维是一种信息传递的介质，具有其他材料无可比拟的传导力。

土木工程中的智能材料结构系统分析摘要：进入21世纪以来,伴随着信息技术的发展,人们的生活越来越趋向于智能化便利化。

各种家用智能家居应运而生。

智能材料也是在这样的背景下诞生出来的。

本文主要从智能材料的概念和国内的发展现状以及在未来的发展情景等几个方面来全面说明智能材料在我国的发展和在建筑中所起到的巨大作用。

关键词：土木工程；智能材料；结构系统引言：随着改革开放的发展，电子信息技术成为了影响人们生产生活的重要条件，这使的传统的生活方式得到了极大的改变。

人们的物质文化需求也逐渐提高，智能和便捷成为了人们生活的新标准，而智能材料就是基于这种情况提出来的。

本文主要研究土木工程中的智能材料结构系统，首先，论述了智能材料的基本概念和发展优势，然后分析智能材料的类型以及功能，最后阐述了智能材料的发展局限性。

希望用过本文论述，可以促进智能材料在土木工程中的应用，也可以为相关领域提供帮助。

一、智能材料的基本概念智能材料的诞生带有偶然性的特点，因为，它是产生于科学家的偶然操作。

科学家在实践中偶然性的将光导纤维和碳纤维进行了反应，在出乎意料的情况下产生了一种新型材料，这种新材料就是智能材料。

随后，专家对这种智能材料进行实验分析，发现，它具备良好的抗断性和感应能力，随后，专家对其进行加工和研究，发现它具有多种普通材料没有的功能和属性。

第一是较强的传感能力，这种传感能力是对信息的反馈和识别。

其次，具有自动的修复能力。

这种修复能力是说。

在面对突发情况或者危险时。

可以主动的进行规避。

第三是具有一定的灵敏性。

这种灵敏性可以使材料而在受损状态。

尽快的恢复到智能变化可以节约。

一部分的劳动力资源。

二、智能材料的发展优势智能材料在土木工程中的主要目的，是对建筑进行实时评估和监测，这是满足人们日益提高的物质文化需求的重要条件。

也是保障建筑可靠性和安全性的重要标准。

而且，智能材料在实际的应用中不仅节约了人力资源，还可以节约生产成本，在一定程度上提高了生产效率，这也是智能材料在土木工程建设中大规模应用的重要原因之一。

浅谈在土木工程中智能材料的应用standalone； self-contained； independent； self-governed；autocephalous； indie； absolute； unattached； substantive关于压电智能材料在土木工程的应用前言：智能材料还没有统一的定义。

不过，现有的智能材料的多种定义仍然是大同小异。

大体来说，智能材料就是指具有感知环境(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智能特征的材料。

具体来说，智能材料需具备以下内涵：(1)具有感知功能，能够检测并且可以识别外界(或者内部)的刺激强度，如电，光，热，应力，应变，化学，核辐射等；(2)具有驱动功能，能够响应外界变化；(3)能够按照设定的方式选择和控制响应；(4)反应比较灵敏,及时和恰当；(5)当外部刺激消除后,能够迅速恢复到原始状态。

智能材料的发展为土木工程结构长期实时健康监测提供了新的研究方向。

这些智能材料具有传感，或者传感与驱动的双重功能，能够与工程结构融合在一起组成智能健康监测系统其中基于压电陶瓷(PZT)电-机耦合特性的阻抗技术以其对结构初始损伤敏感、对外界环境影响的免疫力强，使用成本低、适宜在线监测的特点得到越来越多的关注。

PZT质量轻，对本体结构影响很小，可以粘贴在已有结构的表面或埋入新结构的内部对结构进行监测，是“主动”的健康监测方法。

一、智能材料的土木工程现状为了能够更好的解决评估结构的力度和安全性以及持久性这些问题，智能的土木结构渐渐开始逐渐被重视和应用。

这种结构可以对建筑物进行监测和预测，不仅能够降低维修的费用，同时还能加强评估的能力。

现如今的监测技术对土木工程不能进行有效的监督，这就导致了对损坏情况不能进行正确的评估，这些方法都有着致命的弱点，也就是将预测的点从外面向内部来延伸，这样会渗入不同的数据信息，从而产生错误和混淆。

土木工程学术学位研究生核心课程指南土木工程学术学位研究生的核心课程旨在为学生提供坚实的理论基础和专业技能，以应对日益复杂的土木工程问题。

以下是针对这一群体推荐的核心课程指南。

1. 土木工程材料此课程介绍土木工程中常用的各种材料，如混凝土、钢材、木材、土壤和沥青等。

学生将学习这些材料的性能、特性、选择和应用，了解它们在土木工程结构中的作用。

2. 结构与力学结构和力学是土木工程的核心课程。

学生将学习静力学、动力学、弹性力学和塑性力学的基本原理，掌握结构分析的基本方法，如有限元分析、矩阵分析等。

3. 土木工程设计与优化此课程旨在培养学生的设计能力和创新思维。

学生将学习土木工程设计的基本原理和方法，了解优化设计的基本思路和技术，掌握土木工程结构的安全性、经济性和美观性的平衡。

4. 土木工程施工与管理此课程介绍土木工程施工的基本流程和技术，包括土方工程、基础工程、钢筋混凝土工程、预应力工程等。

学生还将学习土木工程施工项目的管理和质量控制，了解施工过程中的风险管理和成本控制。

5. 土木工程地质与环境此课程关注土木工程与地质和环境的相互关系。

学生将学习土木工程地质的基本原理和方法，了解岩土工程勘察、设计和施工的基本流程和技术。

同时，学生还将学习土木工程对环境的影响和评估方法，了解土木工程中的可持续发展和环境保护。

6. 土木工程抗震与防灾此课程关注土木工程在地震和其他自然灾害中的表现。

学生将学习土木工程抗震的基本原理和方法，了解土木工程结构的抗震设计和加固技术。

同时，学生还将学习其他自然灾害对土木工程的影响和应对措施，提高土木工程结构的防灾能力。

7. 土木工程前沿技术此课程介绍土木工程领域的前沿技术和发展趋势。

学生将了解土木工程中的新技术、新材料和新工艺，如智能材料、3D打印技术、BIM技术等。

通过这门课程，学生可以拓宽视野，增强创新意识和能力。

8. 工程伦理与职业发展此课程旨在培养学生的工程伦理意识和职业发展能力。

土木材料与工程《毕业设计》实践教学大纲一、课程概述《土木材料与工程》是土木工程专业一门基础课程，旨在为学生提供土木工程领域相关的材料基础知识，并通过实践教学培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。

本课程的毕业设计实践教学，是课程的重要组成部分，旨在通过实际项目的设计和实施，培养学生综合运用所学知识解决实际工程问题的能力。

二、教学目标1.让学生通过实践项目设计和实施，掌握土木工程材料相关知识的应用技巧。

2.培养学生实际操作能力，包括实验设备使用、实验数据处理和结果分析等。

3.提高学生的团队合作意识和沟通能力，培养学生解决实际工程问题的能力。

4.培养学生对工程质量、安全和环保的意识，培养学生良好的工程道德和职业素养。

三、教学内容1.毕业设计选题的确定，包括项目的背景与范围、设计目标和可行性分析等。

2.设计方案的制定，包括设计思路、工程量计算和材料选择等。

3.设计计划的编制，包括工程进度安排、任务分工和资源配置等。

4.实施过程的监控与管理，包括施工现场监测、数据采集和过程优化等。

5.实验室实践，包括材料试验和性能测试等。

6.结果分析与总结，包括实验数据处理、结果评估和问题探讨等。

7.撰写毕业设计报告，包括设计过程、实施结果和总结反思等。

四、教学方法1.组织实践项目的学生小组，每个小组拟定一个具体项目，进行实践设计和实施。

2.定期进行实践指导，辅导学生进行设计方案的制定、实施过程的监控与管理以及实验室实践等。

3.指导学生进行实验数据处理和结果分析，引导学生自主发展解决问题的能力。

4.进行中期检查和学术交流，评估学生的实际操作能力和解决问题的能力。

5.对学生的毕业设计报告进行评阅和指导，提供改进建议，帮助学生完善报告质量。

五、教学要求1.学生需要通过课程学习积累必要的土木工程材料相关知识和实验基础。

2.学生需要具备一定的实际操作能力和解决问题的能力。

3.学生需要具备良好的团队合作意识和沟通能力，能够有效地与团队成员合作完成实践项目。