智能结构与主动控制概论

土木工程结构减震控制方法综述摘要：随着我国经济的迅速发展，以及不断加速的城市化，中国的土建工程也日益增多，其规模也日益扩大。

地震灾害是一种具有突发性、随机性的自然灾害，对人们的生命和财产构成了极大的威胁。

在人类不可避免的自然灾难面前，我们只能提高建筑的防震性能。

本文着重对土建结构减振技术进行了分析，以期为今后相关的工程建设提供参考。

关键词：土木工程；结构减震；控制方法由于我国建筑高度不断提高，使用轻型建筑材料，导致结构刚性大幅度下降，难以抵御突发的地震。

结构减震控制技术是一种具有高度科学性和技术性的应用科学，采用减震控制技术进行结构设计，可以有效地减少地震反应，降低建筑的抗震等级，减少建筑的整体成本。

减震控制的关键在于采用隔震、耗能、外力施加、结构动态特性等措施来减少结构的地震响应，从而保证结构本身的安全性。

1结构减震控制概述结构减震控制是指在建筑物的基础上，通过增强结构局部的强度和变形来改善其抗震性能，是一种行之有效的减震措施。

在建筑物的某些特殊位置安装某种控制装置、机构或种子结构，在结构发生振动时，主动或液力振动会被动地对结构进行动态或动态特性的影响，以减少结构的振动响应，并对其进行控制，达到减少结构在强烈动力荷载作用下的响应，提高其稳定性，保证结构安全。

根据地震响应谱，我们知道，随着时间的推移，它的加速度响应谱会越来越小，而低矮建筑的刚度越大，它的响应时间也就越短，在地震发生的时候，它的加速度就会变得更快，如果我们采取相应的措施来增加它的拉长周期，使它离开场地的最佳周期，使它的基频总是在一个更高的频率范围之外，这样就可以有效地减小它的加速度。

2土木工程结构减震控制方法研究现状2.1土木工程结构减震主动控制主动式阻尼器、主动支撑系统、主动牵引系统是目前土木工程结构减振的三大技术。

主动控制是指当工程结构受到较大的震动时，通过外部能量的作用，对其进行相应的辅助动力，进而实现对结构的减振。

该控制系统由作动器、传感器、控制器三部分构成，能够实时地改变控制力的输出方向，以确保工程结构的稳定性。

智能材料与结构系统第2章：智能材料智能材料是指具有感知、响应和控制功能的材料。

这种材料可以根据外部环境的变化自主地进行响应和调节，以实现特定的功能和效果。

智能材料的开发和应用在多个领域都具有重要的意义，包括机械工程、电子工程、生物医学等。

2.1智能材料的分类2.1.1智能材料的动作响应方式智能材料的动作响应方式可以分为主动式和被动式两种。

•主动式响应：这种材料具有自发性地响应外界刺激的能力，可以主动地产生形变或力学反应。

常见的主动式智能材料包括压电材料、形状记忆合金等。

•被动式响应：这种材料需要外部刺激才能发生变化,比如温度变化、光线变化等。

常见的被动式智能材料包括热敏材料和光敏材料等。

2.12智能材料的功能分类智能材料根据其功能可以分为感应与控制、调节与适应、传感与信号处理等。

•感应与控制：这类智能材料能够感知外界刺激，并通过自身的响应产生相应的动作。

例如，压电材料可以通过施加电压产生形变，而形状记忆合金则能根据温度变化自行恢复到其原始形状。

•调节与适应：这类智能材料能够通过自身的调节来适应外界环境的变化，从而保持一定的性能和功能。

例如，热敏材料可以根据温度变化自行调整其导电性能。

•传感与信号处理：这类智能材料能够感知外界的信息，并将其转化为输出信号进行处理。

例如，光敏材料可以感知光线的强度和波长，并将其转化为电信号进行处理。

2.2智能材料的应用领域智能材料的应用领域非常广泛，下面列举了一些常见的应用。

2.2.1机械工程领域在机械工程领域，智能材料常用于制造机械传动系统、控制系统^运动控制装置等。

例如，压电材料可以用于制造振动传感器和声波发生器，从而实现智能控制。

2.2.2电子工程领域在电子工程领域，智能材料常用于制造传感器、开关和执行器等。

例如，光敏材料可以用于制造光电开关和光电传感器,从而实现自动控制。

2.2.3生物医学领域在生物医学领域，智能材料有很多应用。

例如，形状记忆合金可以用于制造支架和植入物，从而实现自主调节和修复功能。

(智能材料与结构系统)第2章智能材料1. 引言智能材料是一种能够响应外部刺激并改变其物理性质的材料。

它具有智能感知、自适应调节和灵活响应等特点，在许多领域都有着广泛的应用。

本章将介绍智能材料的概念、分类和应用等内容。

2. 智能材料的概念智能材料是指能够基于外部刺激作出一定响应的材料。

这种响应可以是物理性质的改变，如形状、颜色、光学特性等，也可以是化学性质的改变，如溶解度、反应速率等。

智能材料可以感知环境变化或接收控制信号，并作出相应的动作。

智能材料可以分为两类：一类是被动响应型智能材料，另一类是主动响应型智能材料。

被动响应型智能材料是指在外界刺激下发生物理性质的变化，如热敏材料、压敏材料等。

主动响应型智能材料是指能够根据外界刺激主动改变其物理性质的材料，如形状记忆合金、光敏材料等。

3. 智能材料的分类智能材料可以根据其响应机制进行分类。

常见的智能材料分类包括形状记忆材料、光敏材料、热敏材料、电致变色材料等。

3.1 形状记忆材料形状记忆材料是一类能够在外界刺激下恢复其原始形状的材料。

形状记忆效应是指材料在经历过塑性变形后能够回复到其原始形状的能力。

常见的形状记忆材料包括形状记忆合金和形状记忆聚合物等。

3.2 光敏材料光敏材料是能够对光信号做出响应的材料。

光敏材料可以根据光信号的不同强度、波长和频率做出不同的响应。

光敏材料广泛应用于光电子器件、光学器件和光学传感器等领域。

3.3 热敏材料热敏材料是能够对温度变化做出响应的材料。

热敏材料可以根据温度的不同改变其物理性质，如导电性、热导性等。

热敏材料在温度控制、温度传感器等领域有着广泛的应用。

3.4 电致变色材料电致变色材料是能够在受到电场刺激时改变其颜色的材料。

电致变色材料广泛应用于智能窗户、显示器件和光学涂层等领域。

4. 智能材料的应用智能材料在许多领域都有着广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域：•智能结构：智能材料可以用于构建智能结构，如形状记忆合金用于航空航天领域中的控制杆；光敏材料用于自动调节建筑窗户的透光度。

利用压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测技术一、本文概述随着科技的不断进步，智能材料在土木工程领域的应用日益广泛。

其中，压电陶瓷作为一种特殊的智能材料，因其具有优良的压电效应和机电耦合性能，被广泛应用于结构健康监测领域。

本文将详细介绍利用压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测技术，包括其基本原理、系统构成、监测方法、应用案例以及未来发展趋势，旨在为读者提供一个全面而深入的了解，推动该技术在土木工程领域的应用与发展。

我们将阐述压电陶瓷的基本原理及其在结构健康监测中的应用。

压电陶瓷是一种具有压电效应的智能材料，能够将机械能转化为电能，或者将电能转化为机械能。

这一特性使得压电陶瓷在结构健康监测中具有独特的优势，能够实时监测结构的振动、应力、损伤等信息，为结构的安全性评估和维护提供有力支持。

我们将介绍基于压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测系统的构成和工作原理。

该系统主要由压电陶瓷传感器、数据采集与处理模块、数据分析与诊断模块等部分组成。

我们将详细介绍各模块的功能和特性，以及它们之间的协同工作原理，为读者提供一个清晰的系统框架。

接着，我们将探讨基于压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测方法的具体实现。

这包括传感器的布置与优化、数据采集与处理、数据分析与损伤识别等方面。

我们将结合实际应用案例，深入剖析各种方法的优缺点，为读者提供实用的技术参考。

我们还将关注基于压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测技术的应用案例和发展趋势。

通过介绍国内外在该领域的研究现状和成果，分析当前技术的局限性和挑战，展望未来的发展方向和潜在应用前景，为读者提供一个全面的技术概览。

本文旨在对利用压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测技术进行全面而深入的探讨，以期推动该技术在土木工程领域的应用与发展。

通过本文的阅读，读者将对该技术有一个清晰的认识和了解，为其在实际工程中的应用提供有益的参考和指导。

二、压电陶瓷的基本原理和特性压电陶瓷，又称为压电多晶体，是一种特殊的陶瓷材料，具有独特的压电效应。

形状记忆合金在振动控制中的应用研究摘要：本文介绍了形状记忆合金的性能，综述了其应用于结构振动控制的研究现状,指出了形状记忆合金用于结构振动控制有待解决的一些关键问题,并展望了形状记忆合金在土木结构振动控制中的应用前景。

关键词: 形状记忆合金；智能结构；智能材料；振动控制1、智能结构智能结构,就是在基体中嵌人或粘贴传感器和致动器,并具有对致动器有控制作用的装置,从而能感知外界环境的变化及自身的实际状态,并通过自身的感知,做出判断,发出指令,执行和完成动作,实现动态或在线状态下自检测、自诊断、自监控、自修复及自适应等多种功能。

传感器、作动器、控制器是智能结构的三个组成部分。

近年来，形状记忆合金这种智能材料由于反应迅速、输出力大、可调节等优点，被研制成各种形式的作动器。

2、形状记忆合金的特性2.1形状记忆效应形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)最著名的特性是形状记忆效应。

形状记忆效应是指SMA具有记忆并恢复至它在奥氏体状态下的形状的能力。

例如,开始时在较高温度下,SMA组织为奥氏体,将SMA冷却至低温(如室温),SMA中奥氏体发生相变,转变为马氏体,如果在马氏体状态下拉伸SMA并留下较大的塑性变形,那么将SMA加热至一定温度后,马氏体就会转变为奥氏体,SMA将恢复到它开始时的形状。

这种形状的恢复过程非常快。

如果在SMA恢复的过程中,对SMA施加约束,那么SMA将会产生很大的恢复应力(可达700 MPa)。

此种恢复应力可用作结构控制时的驱动力,也可以用来控制结构的刚度。

2.2超弹性性能形状记忆合金材料的超弹性性能可使这类材料的相变恢复力呈现出非线性的特征，其刚度和阻尼都会随着材料的变形而改变，利用这种特性就可研制具有变阻尼和变刚度的形状记忆合金减振控制装置（耗能器或阻尼器），以实现工程结构的被动耗能减振控制，从而达到有效抑制结构振动的目的。

2.3弹性模量温度变化特性高温下奥氏体SMA的弹性模量是低温下马氏体SMA的弹性模量的3倍以上。

人工智能的机器学习和主动学习方法人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）是近年来快速发展的前沿领域，涵盖了许多与人类认知和智能能力相关的技术和方法。

在AI中，机器学习（Machine Learning）是一种重要的技术手段，它通过训练计算机算法，使其能够从经验数据中学习，并根据学习到的模型进行预测和决策。

而主动学习（Active Learning）则是一种能够根据当前问题和已有信息主动选择样本进行标注的学习方法。

本文将探讨机器学习和主动学习方法在人工智能中的应用及其优势。

一、机器学习方法机器学习是一种基于数据和模型的学习方法，通过从大量的数据中学习出模型，并利用该模型对新数据进行预测和决策。

在机器学习中，最常用的方法包括监督学习、无监督学习和强化学习。

1. 监督学习监督学习是最常用的机器学习方法之一，其训练数据集包含了输入和输出的对应关系。

在监督学习中，通过从已有的训练数据中学习到的模型，使得算法能够根据输入数据预测正确的输出。

例如，在图像识别中，可以利用大量标注好的图片作为训练数据，通过学习这些数据的特征和模式，使得算法在识别新的未标注图片时能够给出正确的分类结果。

2. 无监督学习无监督学习是一种从未标注的数据中进行学习的方法，与监督学习不同，无监督学习中的训练数据没有相关的输出。

无监督学习的目标是发现数据中的潜在模式、结构或者特征。

例如，在聚类分析中，可以利用无监督学习方法将数据划分为不同的类别，从而对数据进行更好的理解和应用。

3. 强化学习强化学习是一种通过试错和奖励机制来学习决策策略的方法。

在强化学习中，智能体与环境进行交互，并获得正反馈或负反馈的奖励信号。

通过不断的尝试和学习，智能体能够调整自己的行为策略，从而最大化长期奖励。

强化学习常被应用在诸如游戏、机器人控制和自动驾驶等领域。

机器学习方法在人工智能中有着广泛的应用，其优势在于能够从大量的数据中自动学习出模型，无需事先对问题的特性有很深入的了解，同时也具有较强的泛化能力，可以处理具有一定变动性的数据。

智能家居原理及系统组成智能家居工作原理折叠命令发射零碎命令发射零碎的作用，重要是经过各类传感设备接纳各类传感信号，并触发控制命令或许经过人的自觉遥控、手动触发对应的发射类智能设备来收回控制命令，例如：温湿度传感器搜集室内的温湿度变化数据，按照需求设定温湿度变化的触发要求，当温度或湿度到达预设的触发要求时，就联动收回控制命令;当温度高时，空调开端制冷，当温度低时，空调开端制热。

若装置了亮度传感器，则当室内光照亮度充足时，预设的灯光主动封闭，当室内光照亮度不够时，预设灯光主动打开。

若安防人体感应器，当设防时，监测到有人在活动时，马上触发电话报警，当非设防形态时，感应到人，主动开启预设的灯光，当监测到无人时，主动封闭灯光。

以上这少许场景的完成，都是经过各类传感器来主动感应触发完成智能控制，当然也能够间接人为手动触发控制命令，例如：经过各类智能遥控器、墙上智能面板、家庭局域网内的不约束一台电脑间接触发控制命令，若人不在室内，还能够经过电话长途控制来控制室内的全部设备。

折叠命令执行零碎例如：开灯或关灯，重要经过智能面板来完成，智能面板收到各类控制命令后，经过剖析解码，驱动对应强电驱动电路，把灯控的回道路接通或断开，这样控制就完成啦;另外，像电器、窗帘等设备的控制也是一样道理，当数字窗帘开关，收到控制命令后，立刻驱动电动窗帘电机马达的对应电路接通或断开，这样就做到窗帘的开关控制。

关于红外家电的控制，例如：空调、电视机、DVD等，经过装置在吸顶的人体感应器来完成，人体感应器收到控制信号后，立刻把控制信号转发成对应的红外指令，像控制DVD影碟机的开关、播放、暂停等红外控制指令。

关于安防报警功效的完成，当数字安防模块，收到控制命令后，会转成对应的语音信号拨打给预设的电话号码报警。

关于背景音乐的控制智能，一样，当数字影音重心，收到控制命令后，立刻切换外部的播放源电路，并开端播放音源。

因此，当触发各类复杂的场景命令时，例如：“影院”场景键触发，这时对应的命令执行设备零碎按照收到的命令解码并一同执行控制命令，因此，对应的灯光、电器、窗帘、背景音乐就开端片面按预设水平任务，到达了预设的场景效果。

智能材料在土木工程结构振动控制中的应用摘要:随着材料技术的发展,土木工程结构振动控制用传感和驱动装置也随之智能起来,其中包括:电磁流变材料、磁致伸缩材料、记忆合金材料、压电材料等,智能材料的广泛使用,帮助工程结构抵抗振动的影响。

本文从振动控制的形式开始,进而介绍了主流智能材料在工程结构振动控制中的应用。

关键词:振动控制智能材料1 土木工程中的振动控制1.1 对结构振动的主动控制这种控制方式主要从分析外部的能量在振动中的作用入手,找到控制的要点,然后对土木结构施加一个主动的控制力,从而实现减轻振动的目的。

主动控制面对的核心问题是,对控制力的计算和控制装置的设计,广泛的采用的计算方法是通过二次型线性优化和模态优化、极值的配合或者优化、预测模式优化等等,这些控制方式都是基于对结构受力的分析和数学模拟的实现,然后对其数据所形成的线性规律进行调整,并实现优化,以此完成对振动的控制。

在主动控制中,通常采用的控制方式有:质量阻尼控制形式、主动拉索控制形式、主动支撑结构形式、空气动力学设施形式、气动脉冲发生器控制等。

1.2 不完全主动控制这样的控制形式,主要是适应性的在土木工程结构上产生抗力,来减轻振动对其的影响。

和主动控制不同的是,该控制方式对结构施加的外部能量较小,在设计和维护中成本较低,而且结构简单,容易实现。

在实际的应中,不完全主动控制的效果和主动控制也不相上下,所以不完全主动控制成为了研究的热点。

普遍应用的不完全主动控制的形式有:质量阻尼主动参数协调系统、刚度可变结构、阻尼可变结构、刚度和阻尼综合控制系统。

1.3 智能化振动控制智能化结构振动控制系统是土木工程振动控制的前沿技术,智能控制的主要思路就是利用智能化的优化计算配合材料的使用,实现对结构振动的智能化、应激化控制,以此让土木工程的震动控制更加的合理和有效。

智能化控制的主要研究方向是智能模拟算法的线性调整和参数优化和通过智能材料制成可调节的阻尼装置和智能驱动器。

振动主动控制及应用振动主动控制是指通过施加外部力或扭矩来减少或抑制机械系统或结构体的振动。

这种方法主要通过引入能量来抵消振动系统的能量损失，从而有效地控制振动，改善系统的稳定性和性能。

振动主动控制主要应用于以下几个方面：第一，机械系统的振动控制。

机械系统的振动控制是指通过施加与振动方向相反的力或扭矩来抵消振动系统的振动。

这种方法可以有效地减小机械系统的振动幅度，提高机械系统的稳定性和性能。

例如，在船舶上安装振动控制装置可以减小船舶在大海上的振动，从而提高船舶的航行稳定性和舒适度。

第二，建筑结构的振动控制。

建筑结构的振动控制是指通过施加与结构体振动方向相反的力或扭矩来减小结构体的振动。

这种方法可以有效地减小建筑结构的振动幅度，提高建筑结构的稳定性和安全性。

例如，在高层建筑中安装振动控制装置可以减小建筑结构因地震、风力等外界因素引起的振动幅度，从而提高建筑结构的抗震能力和安全性。

第三，车辆及交通工具的振动控制。

车辆及交通工具的振动控制是指通过施加与车辆振动方向相反的力或扭矩来减小车辆的振动。

这种方法可以有效地提高车辆的稳定性和行驶舒适度。

例如，在汽车中安装振动控制装置可以减小车辆因不平路面、车轮不平衡等因素引起的振动幅度，从而提高乘坐的舒适度和驾驶的稳定性。

第四，航空航天系统的振动控制。

航空航天系统的振动控制是指通过施加与系统振动方向相反的力或扭矩来减小航空航天系统的振动。

这种方法可以有效地提高航空航天系统的稳定性和性能。

例如，在飞机中安装振动控制装置可以减小飞机因气流、发动机振动等因素引起的振动幅度，从而提高飞机的飞行稳定性和乘客的舒适度。

振动主动控制的应用主要有以下几个方面：第一，智能建筑。

智能建筑是指通过引入先进的技术手段对建筑进行控制和管理，实现建筑与居住者之间的信息交流和能量交流。

在智能建筑中，振动主动控制技术可以用于减小建筑结构的振动幅度，提高建筑的稳定性和安全性，从而提供一个更加舒适和安全的居住环境。

土木工程智能结构中传感器原理与应用摘要：土木工程通常有一些变化，尤其是结构受外部环境影响时，在强风和地震中保护基本结构的安全是一个重要问题。

有必要使整个结构适应自己的情况，切实反映结构控制的一体化。

该过程可以采用智能结构材料控制，因为它可以确保基础结构在强风和地震条件下的安全性。

结构抗震能力可以通过智能结构材料控制提高，这是工程结构智能控制的重要组成部分之一。

近年来，由于我国因工程结构不当造成的安全事故不多，特别是地震时，建筑结构的不稳定严重威胁着人民的生命财产安全，因此有必要研究工程结构的智能材料控制，以确保工程结构从被动控制逐步转变为主动控制。

基于此，本篇文章对土木工程智能结构中传感器原理与应用进行研究，以供参考。

关键词：土木工程；智能结构；传感器原理；应用分析引言随着科技手段的飞速发展，高科技手段越来越多地用于技术材料的研发。

伴随着各种材料的不断涌现，智能材料的出现为解决机械问题提供了更科学、更有效的方法。

在实践中，科学家们无意中用碳纤维对光电导电纤维作出反应，在意想不到的情况下产生了一种新型材料，即智能材料。

后来专家对这种智能材料进行了实验分析，发现它具有良好的断裂强度和灵敏度。

经过加工和研究，发现这种材料具有许多没有普通材料的功能和特点。

智能材料可根据环境条件和内部条件的变化生成准确、高效和合理的响应，并具有自动分析、调整和修复的功能。

合理应用于土木工程可以有效提高工程质量。

1新型传感设备与技术1.1光纤光栅传感器光纤传感器是基于光信号传输过程中其强度、波长、相位、频率、偏振态等光学性质会受到温度和应力等环境因素的影响而发生变化的工作原理。

通过分析经调制后的光信号，即可分析出温度、应力等参数的大小。

光纤光栅传感器（ＦｉｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ，ＦＢＧ）是一种波长调制型光纤传感器，由于光纤光栅采用波长调制，因此不受光强、相位和功率等参数的干扰，是目前应用最广泛的一种光纤传感器。

1.2压电材料传感器压电材料传感器是一种基于压电效应的传感器，压电效应根据压电转换机理可分为正压电效应和逆压电效应。