智能材料 与 结构健康监测 杜彦良孙宝臣张光磊编著 北 率中科技大顺社 .hustp. 中国武汉 序 大型交通基础设施的安全性、可靠性是关乎国计民生的重大问题.近年来，由于 结构性能退化、长期超载服役、自然灾害或其他主客观原因，各种交通基础设施的垮 塌事件屡有发生，造成了巨大经济损失和社会影响.如何实时掌握结构健康状态，及 时发现并消除安全隐患，避免突发性重大事故发生成为当前亟待解决的重大课题. 本书以此为背景，自20世纪90年代起，结合我国重大工程建设与运营安全需求，展 开智能材料结构与健康监测的研究，并取得了多项研究成果. 智能材料是国务院颁发的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》(2006年一 2020年)的重点开发领域.智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料 之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一.智能材料的研制和 大规模应用将导致材料科学发展的重大革命，将支撑未来高技术的发展.将具有特 殊力学和物理性能的智能材料复合与基体材料或结构中，构成具有自监测、自诊断、 自适应、自修复的智能结构，能够用于大型工程结构的健康监测与安全评价，为实时 掌握工程结构的健康状况、及时发现安全隐患、保障运营安全提供重要技术依据.同 时，随着大型工程结构健康监测技术的不断发展，不仅对大型工程结构的建设与运营 安全提供技术保障，而且对工程结构的可靠性研究与设计提供理论基础.该方向的 研究具有重要的理论意义、学术价值和应用前景. 本书是对科研团队长期从事本领域科学研究与工程应用的系统总结，以典型智 能材料和器件的研制与性能研究为基础，重点介绍了智能结构与系统的构成和应用， 内容包括了光纤传感与监测技术、压电传感与监测技术、形状记忆合金与智能结构、 典型工程应用等，形成了一个相对系统的智能材料与结构健康监测体系，充分体现了 “理论十实验十应用”的结合，形成了一本较为系统的学术专著.本书能够为工程结 构领域的学术研究和工程应用提供理论基础与技术指导. 中国工程院院士 海 2011年3月 前言 智能材料是指具有感知环境（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.目前，智能材料的研究经 过基础性研究和探索，已在基本原理、传感器研制、驱动器研制、功能器件与复合材料 之间匹配技术、智能材料成形工艺技术、智能材料在特殊环境下的性能评价、主动控 制智能器件等方面开展了许多工作，取得较大突破. 智能材料与结构系统对大型结构工程的安全与发展起到了举足轻重的作用，特 别是大型结构的健康监测与诊断越来越受到社会各界的广泛重视.对已建成的结构 和设施采取有效的监测手段和评定其安全状况、修复和控制损伤；对新建结构和设施 为了验证其设计理论，确保运营安全，增设长期的健康监测振动和损伤控制系统，已 成为世界范围的热点课题.随着结构复杂化、大型化的发展，一旦结构失效将直接危 害人的生命安全，为了能够及时地获得结构健康状况的信息，靠对结构进行定期测量 无法满足要求.长期实时健康监测系统，是一种长期安装在结构上的传感、数据采集 及传输等软硬件系统，它以结构的荷载、环境、响应等为监测对象，为及时评价结构的 当前健康状态提供了丰富的资料，并通过损伤监测技术及时对结构的健康状态做出 评估. 理想的结构健康监测系统能准确地在结构安全隐患发生的初期，将其发现并能 够定位及确定隐患的程度，进而提供结构的安全性评估，预测损伤结构的剩余寿命， 并对结构安全状态进行主动控制. 20世纪90年代以来，我国新建...
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