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智能材料与结构

        智能材料(Intelligent material),是能感知环境或外加激励(压力、温度、电/磁场等)并作出物理/化学响应(应变、电荷、粘度变化、颜色变化等)的功能材料,如压电材料、形状记忆合金、光导纤维、电/磁流变液、磁致伸缩和光致变色材料等;基于智能材料构建的传感器/执行器系统称为智能结构。可见,智能结构系统与传统意义上基于分立式(位移、力/力矩、温度等)感知和集中式(电机、液压、气动等)驱动构建的智能装置有所不同。

        磁流变液(Magnetorheological Fluid , MR)属流动性可控的新型流体,在外部无磁场时呈现低粘度的牛顿流体特性,在外加磁场中转换为高粘度、低流动性的宾汉流体特性,其表观粘度大小与磁通量存在对应关系,且这种转换能耗低、易于控制、响应迅速(毫秒级)。以磁流变液为工作介质可以构建磁流变阻尼器、制动器、离合器、缓冲支柱和隔振支座等,并应用于汽车主悬架、火车一系/二系悬挂、飞机起落架、火炮反后坐装置、土木结构减振器等。

        本实验室“智能材料与结构”研究专注于磁流变智能阻尼技术研究。技术发展的选择结果,充气补偿的单筒结构成为磁流变阻尼器的主流,虽然拥有响应迅速、阻尼力可控范围大、无机械阀带来的高可靠性等天然优势,但因磁流变液沉降必然导致特性不确定、甚至机械卡滞,容积补偿不充分导致的示功图畸变普遍存在,耐久性测试导致的泄漏、特性衰减和温度衰减也不容忽视。十年磨一剑,针对这些问题,本实验室提出的运行分散技术、高品质容积补偿技术组合是现今唯一同时克服磁流变液沉降难题和实现饱满圆润示功特性的结构配置;基于提出的沉降原位监测技术和主动分散技术,可以构建磁流变阻尼器全生命周期健康管理;更进一步,基于集成自感知技术,实验室致力于实现具有自适应性的自励磁流变阻尼器和基于人工智能的磁流变阻尼器控制模型动态更新。