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第卷第期地震工程与工程振动...
年月.
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结构振动控制智能材料研究及应用进展
薛伟辰,郑乔文,刘振勇,李杰
同济大学建筑工程系,上海
摘要:压电材料、形状记忆材料、电磁流变体以及磁致伸缩材料是土木工程结构振动控制中经常采
用的种智能材料。本文概括介绍了种智能材料的基本原理,系统总结了种智能材料在土木工
程结构振动控制中的研究与应用进展,最后指出了需进~步研究的方向。
关键词:智能材料;振动控制;压电材料;形状记忆合金;电磁流变体;磁致伸缩材料
中图分类号:. 文献标识码:

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引言
将智能材料应用于土木工程结构的振动控制中,具有出力大、响应快、耗能小等许多优点⋯。国内外已
有的研究工作表明,适用于土木工程结构振动控制的智能材料主要有以下几种,即:压电材料、形状记忆材
料、电磁流变体以及磁致伸缩材料等。采用这些智能材料制成的电磁或温度调节的被动减振装置和主
动控制驱动装置将会成为结构振动控制的新一代减振驱动装置。下面介绍这几种智能材料的国内外研究与
应用情况。’
压电材料
. 基本原理
压电材料,由于其正负压电效应,是一种既能作为驱动材料又能作为传感材料的智能材料。在工程应用
收稿日期:—; 修订日期:—
基金项目:上海市优秀学科带头人计划项目
作者简介:薛伟辰,男,教授,博士,主要从事现代预应力结构体系研究
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地震工程与工程振动卷
中,一般分为压电晶体、压电纤维、压电陶瓷和压电聚合物等几类。后类应用较多,其中,聚偏二***乙烯
是最常用的压电聚合物,锆钛酸铅则是最常用的压电陶瓷。
压电智能材料振动控制的方法主要有被动控制、主动控制以及主被动混合控制等种。
.. 压电被动控制
压电被动控制是利用压电材料的正压电效应,通过外部电路来耗散或吸收压电元件所感应到的结构能
量。压电被动控制系统结构简单,易于实现,成本较低,但控制上不够灵活,对突发性环境变化的应变能力
差。
.. 压电主动控制
与被动控制相比,压电主动控制具有较大的灵活性,对环境的适应能力强。它具有密实性好、反应速度
快、精度高及外加能源低等优点,是当前振动工程中的一个研究热点。
.. 压电主、被动混合控制
被动控制与主动控制相结合形成混合控制是当前振动工程的一个新兴方向。压电材料是实现主被动混
合控制的理想材料,可以通过压电材料把主、被动控制技术的优点有机结合在一起。
. 研究与应用
由于压电被动控制的缺陷,很难完全满足现代工程结构振动控制的要求。而压电主动控制和压电混合
控制则越来越显示出其优越性,近年来得到了越来越多的研究。
.. 主动控制
常用的做法是,将压电材料贴在结构的高应变区表面,一方面作为传感器来监测结构的应力状况,另一
方面则可作为驱动器,当结构应力超过容许限值时就可施加主动控制。』、国内学者陈勇、陶宝
祺文献中指出等人以悬臂梁为对象,瞿伟廉等以框架结构为对象对基于压电材料的结构振动主动
控制进行了研究,取得了很好的效果。日本学者在榀层钢框架的振动