土木工程材料學(xué)術(shù)論文發(fā)表(2)
土木工程材料學(xué)術(shù)論文發(fā)表
土木工程材料學(xué)術(shù)論文發(fā)表篇2
淺析土木工程建設(shè)中的智能材料
摘要：智能材料誕生于21世紀(jì)，它的設(shè)計靈感來源于生物學(xué)，是高新材料研究的重點。隨著智能材料在這個領(lǐng)域的應(yīng)用變廣，我們似乎看到了智能材料的發(fā)展前景是如此的寬闊。本文對智能材料做了簡單的介紹，并寫出了智能材料具有的功能特點，經(jīng)過對材料現(xiàn)狀的分析，預(yù)測它的應(yīng)用前景，目的是為了加大智能材料在土木工程中的應(yīng)用范圍。
關(guān)鍵詞：土木工程;智能材料;探討
最初，建筑的出現(xiàn)是為了保證人類的正常生活，保證人類的安全生存。而我們的祖先在建筑空間是為了遮風(fēng)擋雨，他們使用的材料都是來自于自然環(huán)境中的天然材料。常用的建筑結(jié)構(gòu)都是將構(gòu)造材料進(jìn)行提升，為了滿足建筑需求，定期的對工程管理進(jìn)行維護(hù)和評價。傳統(tǒng)的建筑方法阻礙了建筑業(yè)的發(fā)展，此時的建筑處于一種被動狀態(tài)，建筑目標(biāo)完成后，馬上投入使用，這樣的建筑完全沒有安全性可言，結(jié)構(gòu)是否合理關(guān)系著住戶的安危，不合理的設(shè)計和理念為建筑埋下了安全隱患，掌握不了建筑的整體結(jié)構(gòu)，人們就無法對建筑的危險指數(shù)作出預(yù)測，很難避免災(zāi)難的發(fā)生。
1 智能材料的概念
智能材料的雛形出現(xiàn)在20世紀(jì)的一次實驗當(dāng)中，為了將光導(dǎo)纖維融入碳纖維形成具有抵抗斷裂能力和感知應(yīng)力能力的復(fù)合材料，從而就產(chǎn)生了這種新型材料，這種材料系統(tǒng)在當(dāng)時被稱為，即自適應(yīng)材料。而在20世紀(jì)90年代，智能材料的不斷改進(jìn)引起了各國研究人員的注意，在這種材料的基礎(chǔ)上，研究者分別提出了機敏材料等名稱，給智能材料相關(guān)的事物都下了明確的定義。研究的內(nèi)容都離不開智能材料的特點。
智能材料是一種能感知外部環(huán)境刺激，并且對刺激能夠判斷，采取適當(dāng)方式處理且本身自帶執(zhí)行能力的一種新型功能材料，因該材料可智能處理事物，因此，我們稱它為智能材料。智能材料屬于第四代材料，同時它也是材料的一次革命。
2 智能土木結(jié)構(gòu)工程現(xiàn)狀
智能土木結(jié)構(gòu)就是將智能材料和土木工程相結(jié)合的一種建筑結(jié)構(gòu)，而土木工程結(jié)構(gòu)最重要的就是強度、安全性、可靠性和耐久性這幾個因素，智能土木結(jié)構(gòu)也不例外，因此，保證智能土木結(jié)構(gòu)的性能是本文研究重點。在建筑前對土木結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行研究分析，不僅減少了建筑成本，還能降低建筑過程中的風(fēng)險。但這些檢測方法只是從外部進(jìn)行檢測，并不能完全檢測到土木結(jié)構(gòu)內(nèi)部性能的變化情況，一旦土木結(jié)構(gòu)的內(nèi)部遭受損傷或破壞，檢測技術(shù)就無法監(jiān)測或預(yù)測。智能傳感器的出現(xiàn)主要是針對較高的建筑物、承重較大的橋梁、發(fā)電蓄水等這些大型的建筑結(jié)構(gòu)，智能傳感器的安裝能敏感的檢測到結(jié)構(gòu)性能的變化，從而有了安全的保障。隨著各種技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器也被研發(fā)出來并應(yīng)于實際建筑中，智能傳感器的作用是檢測建筑物的結(jié)構(gòu)變化，并作出相應(yīng)的反應(yīng)，而隨著這項技術(shù)的成熟和性能的提高，它的應(yīng)用范圍被不斷的擴(kuò)大，因此也就出現(xiàn)了智能大廈這個名詞。特別是在建筑應(yīng)用的研究上，重點研究智能震動控制技術(shù)。
3 智能材料的工程應(yīng)用分析
根據(jù)材料的功能對智能材料系統(tǒng)行進(jìn)分類，一類是感知材料，還有一類是驅(qū)動材料，感知材料的作用是對外界環(huán)境刺激的感應(yīng)，刺激可以是物理方面(聲、光、電、熱、力、磁)，也可以是化學(xué)方面(各種化學(xué)藥品反應(yīng))。感知材料的類型也分為多種，比較典型的代表是壓電材料和記憶合金。驅(qū)動材料的作用是對環(huán)境的刺激做出判斷，并采取適當(dāng)方式處理而且本身自帶執(zhí)行能力，最典型的驅(qū)動材料是記憶合金和電致伸縮材料。
隨著科技的發(fā)展，為了監(jiān)測混泥土結(jié)構(gòu)的變化，將光導(dǎo)纖維防止在混泥土結(jié)構(gòu)中，光導(dǎo)纖維的用途范圍很廣泛，在電控領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域和其他領(lǐng)域都有涉及，在建筑領(lǐng)域中，利用的是光導(dǎo)纖維的監(jiān)測和通訊兩個功能。把光纖傳感器安置在土木結(jié)構(gòu)中，利用光纖傳感器作為感知根基破壞的敏感元件。碳纖維是一種新型研究材料，它不僅具有碳本身的屬性，還具有纖維的可加工性和柔韌性，把這種材料加入水泥熔漿中，按照一定比例對碳纖維材料的含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，水泥熔漿會跟隨設(shè)備工藝的調(diào)節(jié)而發(fā)生變化，我們將這種變化定義為回應(yīng)力敏感，光纖傳感器會監(jiān)測土木結(jié)構(gòu)內(nèi)部性能的變化情況，一旦出現(xiàn)受損或斷裂情況，傳感器會發(fā)出警報聲，同時碳纖維材料在土木工程結(jié)構(gòu)中也將發(fā)揮自身的優(yōu)勢和診斷能力。
由于碳纖材料具有診斷能力，因此，它被廣泛的應(yīng)用于各種水壩、橋梁的監(jiān)測系統(tǒng)中，及時對建筑結(jié)構(gòu)性能的變化做出預(yù)測和分析。橋梁是一種以彎曲變形為主要變形方式的材料，而橋梁所能承受的載荷通常跟它本身所具有的強度成正比，因此，強度和載荷間有著密切的關(guān)系，對于橋梁的維修是根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行的，檢測器在橋梁中的應(yīng)用減少了橋梁的維修成本和診斷成本。
通過光纖傳感器可檢測橋梁承受載荷的極限，具體操作方法是將傳感器放置在前面和拱璧的中間部位，傳感器兩端分別放置光敏管和發(fā)光管，當(dāng)負(fù)載加大或減小時，發(fā)光管會跟隨橋梁載荷大小的變化而變化，光敏管會跟隨發(fā)光管光強的發(fā)射強度而變化，而放置在橋面和拱璧之間的光纖傳感器則監(jiān)測到光敏管的變化，光敏管的變化數(shù)據(jù)就是橋梁所受載荷的數(shù)據(jù)，再通過相關(guān)公式的計算轉(zhuǎn)換，就可得出橋梁所受載荷大小。
4 總結(jié)
在土木工程中，智能材料占據(jù)的分量越來越重，它在材料科學(xué)、自控技術(shù)和計算機科學(xué)等領(lǐng)域都有所涉及，是在天然材料、人工設(shè)計材料和合成高分子材料被研究出來之后的第四種新型材料，它的出現(xiàn)可稱得上是材料革命。在土木工程中，智能材料的應(yīng)用具有重大的意義，它將影響甚至改變這個領(lǐng)域的發(fā)展方向。因此，研究智能材料的各項性能，改變傳統(tǒng)的材料觀念是我們急需做的事情，學(xué)習(xí)國外制造智能材料的技術(shù)，吸收相關(guān)經(jīng)驗，拓展智能材料的應(yīng)用和領(lǐng)域，設(shè)立專業(yè)的研究機構(gòu)對智能材料進(jìn)行提升。
參考文獻(xiàn)：
[1]閻平.智能材料在土木工程中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2011(11).
[2]劉勇，魏泳濤.智能材料在土木工程中的應(yīng)用[J].西南交通大學(xué)學(xué)報，2002，37(Z1)：105-109.
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