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新型材料―形状记忆合金阻尼器(SMA)的减振技术和工程应用摘要形状记忆合金（SMA）是一种在结构振动控制领域具有广阔应用前景的智能材料。
本文介绍了形状记忆合金最显著的两个特性：形状记忆效应和超弹性，并详细总结了形状记忆合金在结构振动控制中的应用。
关键词：形状记忆合金；减振；应用abstract形状记忆合金是一种智能材料，在结构振动控制领域有着广阔的应用前景。
本文介绍了形状记忆合金的两个重要特性：形状记忆效应和超弹性，总结了其最新的应用说明。
关键词：形状记忆合金；阻尼；应用1前言形状记忆合金是一种新型功能材料，具有许多特殊的力学性能。
与其他金属耗能器相比，采用形状记忆合金超弹性效应（SE）设计的被动耗能器具有耐久性好、耐腐蚀性好、使用寿命长、变形量大、变形恢复快等一系列优点，因此在结构振动控制领域具有良好的应用前景[1-4]。
形状记忆合金被设计成耗能器用于土木工程结构的振动控制是从上世纪90年代初开始的,并且到目前为止,大多数研究主要针对形状记忆合金的超弹性性能展开。
例如,graesser[5]等人提出的用于桥梁结构的2形状记忆合金的发展历史形状记忆合金的形状记忆效应早在1932年就被美国学者olander在aucd合金中发现了，在1948年苏联学者库尔久莫夫等曾预测到有一部分具有马氏体相变的合金会出现热弹性马氏体相变，在1951年张禄经和t.a.read报道了原子比为1:1的csci型aucd合金在热循环中会反复出现可逆相变，但是都未引起人们足够的注意。
形状记忆合金是一种新型功能材料，1963年成为一个独立的学科分支。
当时，美国海军武器实验室W.J.Buehler博士领导的研究团队发现，由于温度不同，镍钛合金的工作性能有显著差异，这表明合金的声学阻尼性能与温度有关，通过进一步研究，研究发现，原子比接近等的Ni-Ti合金具有良好的形状记忆效应，并报道了X射线衍射的研究结果。
后来，镍钛合金作为商品进入市场，原子比几乎相等的镍钛合金商品被命名为镍钛诺。
建筑结构振动分析与控制研究1. 引言建筑结构的振动是指结构在受到外界力的作用下发生的运动。
振动问题一直以来都是建筑工程中的一个重要课题，对于保证建筑结构的安全性、舒适性和耐久性至关重要。
本文将探讨建筑结构振动的分析和控制方法，以及相关研究进展。
2. 建筑结构振动分析2.1 建筑结构振动的分类建筑结构的振动可分为自由振动和强迫振动。
自由振动是指建筑结构在没有外界力作用下的自身振动，如地震、风荷载等；而强迫振动是指建筑结构受到外界力作用的振动，如机械设备运转等。
2.2 振动模态分析振动模态分析是一种常用的建筑结构振动分析方法。
它通过求解结构的固有振动频率和模态形状，得到结构的振动特性。
通常采用有限元法作为振动模态分析的数值计算方法，这种方法具有计算精度高、适用范围广等优点。
3. 建筑结构振动控制3.1 主动控制方法主动控制方法是指通过引入外界控制力来改变建筑结构的振动特性。
常见的主动控制方法包括质量和刚度变化法、控制杆法以及智能材料控制等。
这些方法能够实时调节建筑结构的振动特性，从而减小结构的振动响应。
3.2 被动控制方法被动控制方法是指通过在结构上添加附加物用以吸收或耗散振动能量，从而减小结构的振动响应。
常见的被动控制方法包括隔震、摆锤、液体阻尼器等。
这些方法通过改变结构的动力特性，降低结构与外界激励的耦合效应，从而减小结构的振动响应。
4. 建筑结构振动控制研究进展4.1 结构振动控制理论研究近年来，随着计算机技术和控制理论的不断发展，建筑结构振动控制研究取得了重要进展。
研究人员通过建立结构动力模型和振动控制模型，提出了一系列高效的振动控制算法和方法。
4.2 智能材料在振动控制中的应用智能材料在振动控制中具有重要的应用潜力。
形状记忆合金和压电材料等智能材料可以根据外界激励的变化自动调节其力学性能，从而减小建筑结构的振动响应。
研究人员通过开展智能材料在建筑结构振动控制中的应用研究，为解决建筑结构振动问题提供了新的思路和方法。
振动仿真分析与控制技术在航空航天工程中的应用航空航天工程是现代科技的重要组成部分，其需要依靠高科技手段进行实现和完善，其中振动仿真分析与控制技术的应用十分重要。
振动在航空航天工程中是一个很常见的问题，它对飞机或者飞行器的飞行品质起着很大的影响。
因此，掌握了振动仿真技术，可以更好的了解和控制飞行器在飞行过程中遇到的各种振动问题，更好的保障飞行的安全和顺利进行。
一、振动仿真分析技术的应用振动仿真分析是一种利用计算机技术对工程结构或系统进行振动分析的方法。
它可以利用有限元法、边界元法、模态分析等方法对结构或系统的振动特性进行研究，分析特定工况下工程结构或系统的变形、应力和振幅等信息，预测并评估振动可能造成的影响和危害。
在航空航天工程中，振动仿真分析技术常用于飞机、火箭、卫星等工程结构的振动特性分析，如飞机发动机的振动分析和控制、卫星运载系统的振动分析等。
在飞机发动机的振动仿真分析中，如何设计有效的振动控制策略是非常重要的。
一般来说，飞机发动机的振动可以通过主动控制和被动控制两种方法进行控制。
主动控制是利用外部力学或电子设备来控制发动机振动的一种方法，如利用机电传感器对发动机进行控制；被动控制则采用控制弹性材料等可以控制振动的材料对发动机进行控制。
实际上，目前最常用的方法是采用主动控制的方法，因为被动控制的方法在设计和施工中耗时较长，且成本较高。
二、振动控制技术的应用振动控制技术是一种针对工程结构或系统进行振动控制的技术。
它通过利用材料的分布或者运动方式来控制工程结构或系统的振动，以达到控制振动的目的。
在航空航天工程中，振动控制技术可以用于飞机、卫星等工程结构或系统的振动控制。
一般来说，振动控制技术可以分为三种：第一种是结构阻尼技术。
这种技术可以通过改变工程结构或系统的阻尼来控制振动。
它一般包括两种类型：一种是通过在结构中添加抗振材料，或改变不同材料在结构中的分布，来改变结构的阻尼；另一种是通过将阻尼器安装在结构中，利用液压或机械阻尼器来控制振动。
智能材料在结构振动控制中的应用研究近年来，随着科学技术的不断发展，智能材料在结构振动控制领域中的应用越来越受到重视。
智能材料具有感知、响应和控制等特性，通过其独特的性质，可以有效地控制结构的振动，提高结构的稳定性和安全性。
本文将重点探讨智能材料在结构振动控制中的应用研究。
一、智能材料概述智能材料是一类具有自主感知、主动响应能力的材料。
其特点是能够根据外界的刺激进行改变和调节，以实现对结构振动的控制。
常见的智能材料包括形状记忆合金、压电材料、磁流变材料等。
这些材料在结构振动控制领域中具有广泛的应用前景。
二、智能材料在结构振动控制中的应用1. 形状记忆合金在结构振动控制中的应用形状记忆合金是一种能够改变其形状和尺寸的特殊合金材料。
在结构振动控制中，通过在结构上安装形状记忆合金片或丝，可以实现对结构的形状和刚度的调节，从而减少结构的振动。
形状记忆合金具有反应速度快、控制精度高等优点，在航空、建筑等领域中得到广泛应用。
2. 压电材料在结构振动控制中的应用压电材料是一种在电场作用下会产生应变的材料。
当压电材料受到外界振动刺激时，会产生电荷变化，通过外加电场调节，可以实现对结构振动的控制。
压电材料具有响应速度快、能量转换效率高等优点，在汽车、飞机等领域中广泛用于振动控制。
3. 磁流变材料在结构振动控制中的应用磁流变材料是一种能够在外加磁场作用下改变其流变特性的材料。
在结构振动控制中，通过在结构上安装磁流变材料，可以实现对结构的刚度和阻尼特性的调节，从而减少结构的振动。
磁流变材料具有调节范围广、快速响应等优点，在桥梁、建筑等领域中被广泛运用于振动控制。
三、智能材料在结构振动控制中的研究进展目前，智能材料在结构振动控制领域中的应用研究已取得了许多进展。
研究者们通过理论分析和实验验证，不断改进智能材料的性能和控制方法，以提高结构的振动控制效果。
同时，他们还针对不同领域和不同类型的结构，进行了多方面的应用研究，推动了智能材料在结构振动控制中的发展。
智能材料的研究及其应用随着科技的不断发展，我们的生活也越来越依赖于科技的支持。
在这个科技日新月异的时代，智能材料的发展成为了人们关注的热点之一。
智能材料是一种具有响应、适应和控制能力的先进材料，它能够根据外部环境的变化自动调节其本身的物理、化学、电学和光学性质，从而实现自主制动、感知、调控和适应。
本文将探讨智能材料的研究进展及其应用。
一、智能材料的分类智能材料可以分为以下几类：1、压电材料：压电材料是指在机械应力或电场作用下，能够产生极化电荷的材料。
应用于声波发生器、振动器、控制器、音叉等。
2、形状记忆合金：形状记忆合金是指在外力作用下具有形状记忆功能的合金材料。
应用于机器人、太阳能板、智能窗帘等。
3、磁致伸缩材料：磁致伸缩材料是指在磁场作用下，能够产生较大的应变的材料。
应用于传感器、减振器、阀门等。
4、光致变色材料：光致变色材料是指在光照作用下，能够发生颜色变化的材料。
应用于太阳镜、防紫外线材料等。
5、智能液晶材料：智能液晶材料是指在电场或温度作用下具有光学响应的材料。
应用于显示屏、液晶窗帘、自适应透明材料等。
二、智能材料的研究进展自1990年代以来，智能材料的研究与应用一直是国际上热门的研究领域之一。
目前，智能材料在机械、电子、光学、生物、环境、储能等领域都有广泛的应用。
1、智能材料在机械领域的应用智能材料在机械领域的应用主要涉及精确控制和优化设计方面的问题。
智能材料的响应速度快、控制精度高、阻尼系数优秀，使其成为细小结构、高精度、高可靠性机械系统的重要构成部分。
例如，压电陶瓷可以用于超声波加工、纳米加工等领域；形状记忆合金可以用于精确定位和微尺度操纵；磁致伸缩材料可以用于定量检测压力和形变等领域。
2、智能材料在电子领域的应用智能材料在电子领域的应用主要涉及感应、存储、传输和处理等方面。
智能材料的本质特征和强大功能，使其适用于传感器、复合材料、光学器件、非线性元器件、分子电机、微机械系统等领域。
磁流变液体在振动控制中的应用研究随着科技的不断进步和创新，磁流变液体作为新型智能材料之一，被广泛应用于振动控制中。
磁流变液体具有流动性强、流变性能可控、响应速度快等优点，使得它在振动控制领域中展现出强大的潜力。
本文将从多个角度剖析磁流变液体在振动控制中的应用研究。
一、磁流变液体及其特性磁流变液体是一种含有微米级磁性粒子的液体，其主要组成成分是稳定体、磁粉和传导载体等。
磁流变液体具有以下特性：1.流动性强：磁流变液体是具有流动性的液体，在不受外力作用下即可自由流动。
2.流变性能可控：当磁流变液体处于磁场作用下时，其中的磁性粒子会发生排列，粒子之间产生相互作用力，从而改变液体的流变性能。
3.响应速度快：磁流变液体有着非常高的响应速度，响应时间可以在毫秒级别内完成。
以上特性使得磁流变液体具有广泛的应用前景，尤其在振动控制中发挥着重要作用。
二、磁流变液体应用于振动控制1.磁流变液体阻尼器磁流变液体阻尼器是一种利用磁流变液体作为阻尼剂的装置，主要用于振动控制系统和减震系统中。
该阻尼器的主要原理是在磁场的作用下，磁流变液体在缩短距离和流动时产生阻尼，从而起到减震和消除振动的作用。
磁流变液体阻尼器具有稳定的阻尼特性、良好的控制性能、较小的体积和重量等优点，被广泛应用于汽车、高速列车、建筑物、船舶等场合中。
2.振动控制器振动控制器是一种利用磁流变液体的流变性能控制系统振动的装置。
它主要由磁流变液体和磁场控制器两部分组成。
当振动器工作时，磁流变液体被施加磁场，从而导致振动器的振幅和频率发生变化，达到控制振动的目的。
振动控制器具有响应速度快、能耗低、控制范围广等优点，被广泛应用于工业制造、航空航天、环保等领域。
三、磁流变液体在振动控制中的优越性1.响应速度快磁流变液体作为一种智能材料，响应速度非常快，响应时间可以在毫秒级别内完成。
这使得磁流变液体在振动控制中表现出了重要的优越性。
2.能耗低磁流变液体在施加磁场后可以产生流变，实现振动控制，但其能量耗费远远低于传统方法。
研究探讨 Research300 浅谈压电智能材料在结构减振控制中的应用邓尚久（湖北建艺风工程设计有限公司， 湖北 荆州 434000）中图分类号：G322 文献标识码：A 文章编号1007-6344（2020）04-0300-01摘要：近年来随着我国建筑行业的飞速发展，各种建筑结构逐渐向大型化、低刚度的柔性结构发展，而柔性结构在外界荷载作用下会产生较大幅度的振动，严重影响结构的正常使用功能。
为此，本文介绍了各种压电材料分类特点、基本工作原理、压电方程以及压电材料在结构减振控制中的减振方法，并回顾了目前压电智能材料在减振控制中的应用现状。
关键词：压电材料；压电方程；减振控制方法0 引言压电材料是一种新型的智能材料，它具有正、逆压电效应，即在受到外界荷载激励时会在材料表面会形成正负相反的电荷，电荷量的大小与外界施加激励成正比，当外界激励消失时，材料又处于不带电状态。
基于压电材料独特的正逆压电效应，将其作为传感器与作动器，直接布置在结构表面进行振动控制，缩减了振动控制时的中间环节，从而大幅提高控制效率。
1 压电材料的分类及特点从压电材料被发现以来，其种类也得到了极大地丰富。
目前主要包括压电陶瓷、压电单晶、压电聚合物、压电纤维复合材料等。
其中压电陶瓷与压电纤维复合材料作为两种重要的智能控制材料在振动控制中得到了越来越多的应用。
压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料，1954年B·Jaffe 等人发现了具有良好的压电性能锆钛酸铅固溶体（PZT），由于其加工方便、价格低廉、灵敏度高、响应速度快等优点的被广泛的应用于大功率换能器、宽带滤波器和各类压电传感器[1]。
目前国内外利用压电陶瓷（PZT）进行减振控制方面的研究也已取得较为丰富的成果[2-3.]。
压电纤维复合材料是1996年由美国国家航空在基于复合材料的原理制作而成，因其压电性能好，柔韧性高被广泛地应用于结构振动控制、结构健康监测等领域。
Fiore 和Daniel 等将压电纤维复合材料用于单层和双层复合材料板的振动主动控制模拟实验上，结果表明压电纤维复合材料对结构振动有较明显的减振效果；Agrawal 和Brij 等利用压电纤维复合材料的压电效应，对船体的弯曲振动进行了主动控制，结果表明，压电复合材料能较好的减小船体的弯曲振动。
智能材料及其在振动控制中的应用张海岩(华北电力大学动力系，北京，102206)摘要：智能材料是当今世界上正在发展的新兴边缘学科，属前沿性研究领域，它是多学科交叉的，材料科学，力学，机械学，仿生学，微电子学与计算机科学，控制理论，光学及信号处理技术，结构制造工艺技术等众多科学理论和工程技术。
而在工程应用方面，压电智能材料在振动控制中的应用可称为智能材料应用的典范。
关键字：智能材料, 压电智能材料, 振动控制1. 引言智能材料，就是在基体中嵌入或粘贴智能材料以作为传感器和驱动器，并且具有对驱动器有控制作用的控制电路，从而能够感知外界环境的变化，及自身的实际状态，并能够通过自身的感知，作出识别与判断，发出指令，执行和完成动作，实现动态或在线状态下的自检测，自诊断，自监控，自修复及自适应功能[1]。
基于此，一个完整的智能材料组成的系统应具有四种主要功能：(1)有效的感知环境参数的变化。
(2)对参数变化信息的传输。
(3)对参数变化信息的分析与判断。
(4)及时的自修复与自适应。
目前国内关于智能材料的研究工作主要集中在各种不同的智能材料特性的探索上，并研制出多种具有不同特点的智能材料，但对智能材料应用的研究还相对较少，究其原因，智能材料是一个多学科相互交叉的，需要有广泛的知识面来处理设计及应用过程中各个方面的问题。
智能材料的基本特性依赖于结构设计和动力学分析，而具体结构的应用又对基本材料和复合方法提出了许多特殊要求。
2. 特性2.1 敏感特性敏感特性是指融入材料从而使新的复合材料能感知环境的各种参数及变化。
我们在设计智能材料的过程中，首先应考虑的就是智能材料对环境不同参数的敏感特性。
它是完成智能结构四大功能的关键环节，也是后续工作的基础。
目前常用的具有敏感特性的智能材料主要有压电智能材料、光纤传感器及形状记忆合金。
在后面的内容中将着重介绍压电智能材料。
2.2 传输特性传输特性是指在将智能材料在第一个环节中得到的环境参数及变化的内容传回到控制电路中去，再将控制电路处理后的信息传回到驱动器中，进行执行功能。
目前国内外的智能结构设计中还主要是采用有线的传输。
其中比较成功的主要是光纤传导网络，它集成了感知与传输功能，并能够采取较有效的算法。
但是可以预见，未来的传输方式的主流将向无线传输的方式发展，以利于智能材料的更广泛的应用。
2.3 相容特性相容性是指埋置的材料性质与原构件的材料基质的性质的相容特性。
这是影响智能材料的设计的关键，因为如果埋置材料的性质与原构件的性质不相容，则埋置材料本身就已经对基体结构产生了破坏，这有违智能材料设计的原则。
因此采用有效设计以避免对基体材料的破坏是智能材料设计的一个重要内容。
相容性包括以下几方面：强度相容、界面相容、尺寸相容、场分布相容。
2.4 智能特性智能特性是指控制电路对感知信息的处理能力。
这种特性的优越与否主要依赖于设计人员对控制方法的理解与应用，这也是系统的核心部分。
目前的处理控制电路的方法主要有两种：一，利用普通计算机的芯片进行控制。
二，将智能材料埋入超小型芯片，从而将智能材料的四大功能集成。
其中第二种方法是当今世界智能材料研究的发展趋势。
但是它也面临着重重困难，如控制电路的微小化设计，电源的处理，及驱动机构的执行能力不够等问题，这些问题正逐步得到解决。
2.5 驱动特性驱动特性是指驱动器对由控制电路发出的驱动信号的反应及处理能力。
它由智能材料中的各种微型驱动系统来实现，使智能材料自动适应环境中应力振动、温度等变化或自行修复各种构件的损伤。
3. 压电智能材料压电智能材料是一类具有良好压电效应的材料，在机械应力的作用下将产生极化并形成表面电荷，若将这类电解质晶体放在电场中，电场的作用将使电解质内部正负电荷中心发生相对位移而导致形变，反过来，在压电介质发生形变时，其电解质内部的正负电荷也会向两端集聚，我们可以通过它的积聚电荷的多少来推算材料的形变程度，这分别是压电材料的正逆压电效应。
根据这个原理，可有效的将系统的传感器与驱动器集成为一体。
目前的压电智能材料主要应用于材料的损伤诊断与自适应、振动控制等方面。
在材料的损伤诊断中主要是采用压电材料的正效应进行诊断，采用逆效应进行自适应。
而在振动控制方面的研究则主要集中在以下四个方面；(1) 力学研究：在基体结构中镶嵌或粘贴压电材料，及其作动和传感原理。
(2) 控制研究：控制算法和控制效果的研究，包括主动和被动控制。
主动控制又包括开环和闭环两类。
此外还包括压电元件优化布置问题。
(3) 压电智能材料的应用。
(4) 压电智能材料的实验研究，验证理论与实际是否符合。
4.压电智能材料在振动控制中的应用对于以振动控制为目的的压电智能材料而言，它的研究重点是以材料的动力响应为目标的主动控制，它有两种形式，主动阻尼控制和主动消振控制[4]。
这项研究的基本问题集中在压电智能材料动力学建模，动力学问题的数值解法及其实验验证，振动控制中的优化问题及其计算方法上，对控制方法进行改进，提出分布压电单元法对控制对象的振动进行控制，并与人工智能和神经网络等高新技术综合集成，赋予结构系统辨识、故障诊断和定位、故障元件的自隔离、修复和功能重构、在线自适应学习[7]。
因此，可知主动控制的重点在于算法及控制的鲁棒性、实时性和在线性。
关于算法，即采用模态函数法讨论其最优化配置问题，采用数值算法求出应变值，从理论上得出各阶模态下的贴片位置，采用阻尼控制对阻尼结构进行了优化设计。
在这方面比较成功的例子是应用埋入材料中的压电陶瓷检测材料破坏时的声发射来确定故障发生的地点和类型[5]。
应用埋入材料中的一组压电陶瓷为驱动器，由它发出激振信号，另一组压电陶瓷作为传感器检测信号，然后利用埋入材料中的另一组压电陶瓷既作为传感器又作为驱动器，由它对结构激振，同时它的某些参数（比如阻抗）变化情况反映了结构的故障情况。
通过检测统计决策模式识别或利用神经网络方法来判断故障的位置和类型。
最后控制电路通过相应算法对这些参数信息进行处理作出驱动信号，由驱动器，即压电陶瓷来执行。
另一个比较经典的应用是通过对压电元件施加电场等，使结构本身的固有频率发生改变，避开或远离外界激励频率，从而降低结构的振动水平。
根据振动控制的研究重点，可大致得到压电智能材料的设计流程：建立模型，进行智能结构的有限元分析、得到模型的各阶模态，进行动力学分析、瞬态响应分析，得到振动控制对象的各阶模态下驱动器放置的最优布局及减振结果[6]。
5. 结束语当前国际上研究热点还主要集中在理论研究方面，包括：智能结构数学力学、智能材料、智能传感器、智能执行器、智能控制的理论与关键共性技术、智能设计理论与方法、智能材料的应用基础研究。
在工程应用方面，通过采用合理的控制策略以及适当的反馈增益，最大程度的发挥压电 智能材料的抑振作用，这是目前智能材料工程应用的一个热点。
除此之外，主动层阻尼结构由于具有主动控制和被动控制之特点，也引起了国内外学者的兴趣。
参考文献[1] 与结构的研究及应用，余海湖，武汉理工大学，2001.11[2] 智能材料结构在民用上的应用，袁慎芳、陶宝棋，南京航空航天大学智能材料结构研究所，2001.10[3] 压电自适应层合板的有限元法分析，金江、陶宝棋，南京航空航天大学智能材料与结构研究所[4] 压电作动器用于振动主动控制技术的研究，梅胜敏、陶宝棋，南京航空航天大学505教研室，1998.1[5] 压电智能结构振动控制中执行元件最优位置的选择，陈塑寰，吉林工业大学力学系，1999.12[6] 振动工程中智能结构的研究进展，李俊宝，北京大学力学与工程科学系 1999.5[7] 智能材料与结构在振动控制中的应用，丁炜、王强，中国船舶重工集团公司七院七O四研究所, 2000.4INTRODUCTION OF SMART MATERIAL AND ITS APPLICATION TO VIBRATION CONTROLZHANG Haiyan(Department of Power Engineering, North China Electric Power University, Beijing, 102206)ABSTRACTThe Smart Materials is the new and developing marginal subject in the word today. It belongs to the preface of the study field, and it is a junction of many subjects. It contains many science theories and project technology, such as material science, energetic mechanics, bionics, microelectronics, computer science, cybernetics, optics, signal disposal technology, the structure manufacture technology. Besides, in the project using, piezoelectric smart materials can be the model of the application on the control of vibration with smart material.Key Words:Smart Material，Piezoelectric Material，Vibration Control。
