1、智能材料在土木工程結構振動控制中的應用摘要:隨著材料技術的發展，土木工程結構振動控制用傳感和驅動裝置也隨之智能起來，其中包括：電磁流變材料、磁致伸縮材料、記憶合金材料、壓電材料等，智能材料的廣泛使用，幫助工程結構抵抗振動的影響。本文從振動控制的形式開始，進而介紹了主流智能材料在工程結構振動控制中的應用。關鍵詞:振動控制智能材料1土木工程中的振動控制1.1對結構振動的主動控制這種控制方式主要從分析外部的能量在振動中的作用入手，找到控制的要點，然后對土木結構施加一個主動的控制力，從而實現減輕振動的目的。主動控制面對的核心問題是，對控制力的計算和控制裝置的設計，廣泛的采用的計算方法是通過二次型線性優

2、化和模態優化、極值的配合或者優化、預測模式優化等等，這些控制方式都是基于對結構受力的分析和數學模擬的實現，然后對其數據所形成的線性規律進行調整，并實現優化，以此完成對振動的控制。在主動控制中，通常采用的控制方式有：質量阻尼控制形式、主動拉索控制形式、主動支撐結構形式、空氣動力學設施形式、氣動脈沖發生器控制等。1.2不完全主動控制這樣的控制形式，主要是適應性的在土木工程結構上產生抗力，來減輕振動對其的影響。和主動控制不同的是，該控制方式對結構施加的外部能量較小，在設計和維護中成本較低，而且結構簡單，容易實現。在實際的應中，不完全主動控制的效果和主動控制也不相上下，所以不完全主動控制成為了研究的熱

3、點。普遍應用的不完全主動控制的形式有:質量阻尼主動參數協調系統、剛度可變結構、阻尼可變結構、剛度和阻尼綜合控制系統。1.3智能化振動控制智能化結構振動控制系統是土木工程振動控制的前沿技術，智能控制的主要思路就是利用智能化的優化計算配合材料的使用，實現對結構振動的智能化、應激化控制，以此讓土木工程的震動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擬算法的線性調整和參數優化和通過智能材料制成可調節的阻尼裝置和智能驅動器。2智能材料在土木工程結構振動控制中的應用目前在智能振動控制中應用的材料有很多種類，這些材料因其不同的特性得到了不同的應用和發展。而且也取得了一定的成果，下面就是幾種智能材

4、料的應用情況。2.1記憶性合金材料應用記憶性合金主要是一種對形狀有記憶功能”的金屬材料，這種材料的所體現出來的環境變化特性，即能夠根據環境的變化或變形、或還原，所以具備了記憶”的功能。這種材料最早應用在航天、機器人、醫療等行業，突出的特征就是通過記憶性變形為振動控制系統提供一定的力”以支持系統功能實現。具體的應有體現在：（1）記憶合金振動控制系統的主要結構，分為能量消耗和隔離振動兩個核心部分。（2）記憶合金的作用原理就是利用其記憶來實現原來”形狀,一旦恢復受限就會產生抗力讓控制系統實現減震。（3）將記憶合金與混凝土結合，形成智能”構件。2.2壓電智能材料應用這種材料的使用是從上個世紀的中期開始

5、的，目前日趨成熟。其優點是:（1）這種材料在正反向電效應的作用下，既可以是傳感器也可以是執行裝置，并可以結合在一起實現功能。（2）使用中壓電材料的輸入和輸出都是電能信號，測量和控制容易，且頻率范圍較寬。（3）壓電材料可以適應柔性結構也，可以設置在構件的表面或者內部，設計和實現形式靈活，且功率低耗能小。在應用中，壓電材料的正電壓傳感器，可以實現對多種機械性變形的檢測，包括應力、形變、位置變化等，在智能控制中應用普遍。壓電傳感器還可以因極化的形式不同，分為應變型、應力型、剪切模式型等。隨著研究的深入，壓電傳感器、驅動器已經實現了集成化，即傳感器和驅動器的一體化，可稱之為自感知驅動裝置，讓壓電材料的

6、自適應性得以發揮。而且，還可以將壓電傳感器在工程構件上進行有序的排列,并對檢測到的信號進行數字化分析，從而獲得構件的動態化形象”顯示,以此達到對構件的診斷、檢測、評價，這就構成也以壓電傳感器為基礎的智能化監控系統，從而實現了自感自控。2.3稀土磁致伸縮材料磁致伸縮材料主要的特性就是利用磁場的變化來影響材料的伸縮，和以往的材料相比，目前研發的稀土超磁致伸縮材料具有了較為明顯的優勢。這種材料實際上是一種合金，這種合金在磁場的作用下會發生相對幅度較大的變化，由此產生類似于記憶性合金的抗力，從而實現對構件的振動控制。但磁致伸縮材料在功率效率、響應效果、地域性能等方面都有良好的性能。因此，磁控制型的位置

7、控制系統、傳感技術、自動化系統在土木工程中得到了廣泛的應用。2.4電流變材料和磁流變材料的綜合應用所謂的電流變材料和磁流變材料就是利用非導電和導磁液體和其內部的導電顆粒共同作用而形成的液固混合型材料”。作用原理是:在電場或者磁場的作用下，電磁流體內部的顆粒型導體就會形成相對穩定的纖維狀結構，這種微觀化的變化讓電磁兩極間的電磁流體改變了原有的流體性能，具有了牛頓流體性能，并且具有了屈服剪力的能力，即流體固化。電磁流體形變特征主要有:(1)固化可逆性，電磁流體材料在電磁場的作用下可以實現固化，而在電磁場變弱的時候也會液化，因此可以反復的使用。（2）響應的時間短，因為電磁作用的時間幾乎是瞬間完成所以

8、其響應的時間頻率可以達到毫秒量級。（3）持續性作用，在電磁場的作用下，材料可以不斷的固化下去，即屈服剪力也不斷隨之變化。實際的應用中，以電磁流體智能材料制成的減震裝置有：擠壓式、剪切式、閥體式、剪切閥式。其中土木工程中廣泛使用的是剪切閥式系統。而且，該種材料還可以應用在地震、潮汐、陣風等減震系統中以不完全主動控制的形式實現減震。其中包括：在高層超高層的抗震、超高的塔架的抗震、大跨度網絡桁架的抗震。3結語自然災害和環境影響對建筑的抗震要求越來越高，因此對建筑結構的震動控制系統要求也隨之提高。目前，土木工程結構振動控制中智能化材料越來越占據了主導的位置，這主要是因為其豐富的材料來源、控制形式、響應特性而決定的。在實際的應用中如可以按照工程的特性來選用最佳的智能化振動控制材料，就可以達到保證建筑的安全性，并實現成本和效果雙贏目標。參考文獻薛偉辰，鄭喬文,劉振勇，等結構振動控制智能材料研