1 智能复合材料及其进展 1
1.1 概述 1
1.1.1 智能材料 1
1.1.2 智能复合材料 2
1.1.3 智能结构及其系统 4
1.2 水泥基智能复合材料的自感知研究进展 5
1.2.1 压敏特性 7
1.2.2 温敏特性 9
1.2.3 热电特性 9
1.2.4 电效应 10
1.3 水泥基智能复合材料的自调节研究进展 11
1.3.1 电热效应 12
1.3.2 电力特性 13
1.3.3 自减振特性 13
1.4 水泥基智能复合材料的自愈合研究进展 15
1.4.1 结晶沉淀自愈合 15
1.4.2 渗透结晶自愈合 17
1.4.3 聚合物固化仿生自愈合 18
1.4.4 电解沉积自愈合 21
1.4.5 愈合存在的问题 23
1.5 形状记忆合金智能复合材料 25
1.5.1 在航天航空器结构中的应用实例 26
1.5.2 在土木工程中的应用实例 27
1.6 光纤智能复合材料 29
1.6.1 光纤光栅 29
1.6.2 光纤光栅传感器在航空航天业中的应用举例 32
1.6.3 光纤光栅传感器在船舶航运业中的应用举例 33
1.6.4 光纤光栅传感器在土木工程中的应用举例 35
1.7 压电智能复合材料 36
1.7.1 阻抗法及其应用 37
1.7.2 波动法及其应用 39
参考文献 40
2 水泥基智能复合材料的压敏性及其智能结构 52
2.1 概述 52
2.2 水泥基智能复合材料压敏性的定义和基本现象 54
2.3 水泥基智能复合材料组分、结构与压敏特性 60
2.3.1 碳纤维的掺量和长度对压敏性的影响 60
2.3.2 龄期对压敏性的影响 61
2.3.4 外加剂对压敏性的影响 63
2.3.5 成型工艺对压敏性的影响 63
2.3.3 碳纤维表面处理对压敏性的影响 63
2.4 水泥基智能复合材料压敏性的不同测试方法 65
2.4.1 直流电阻测试法 65
2.4.2 交流阻抗测试法 66
2.4.3 电容测试法 70
2.5 水泥基智能复合材料的动态压敏特性 74
2.5.1 对三角波交变载荷的响应 74
2.5.2 对冲击载荷的响应 75
2.6.1 混凝土简支梁弯曲变形的自诊断 76
2.6 水泥基智能复合材料压敏性在混凝土结构中的应用 76
2.6.2 混凝土立柱偏心的自诊断 79
2.6.3 有温度梯度时梁变形检测的温度补偿 81
2.6.4 水泥基智能材料周边有约束的压敏性 82
2.6.5 利用压敏性监测混凝土中的钢筋锈蚀 85
2.6.6 结构平均应变和应力检测 89
2.7 水泥基复合材料承载时的损伤 91
2.7.1 水泥基材料及结构的损伤监测 91
2.7.2 水泥基材料局部损伤的检测 94
2.7.3 混凝土构件残余寿命预测 100
2.7.4 混凝土的冻融损伤分析 104
2.7.5 新旧混凝土粘结质量的评估 107
2.8 压敏性研究目前存在的问题 110
参考文献 111
3 水泥基智能复合材料的温敏性、力电效应及其智能结构 116
3.1 概述 116
3.2 水泥基智能复合材料的温敏性 117
3.2.1 水泥基智能复合材料的温敏性及其机理 117
3.2.2 碳纤维掺量对水泥基智能复合材料温敏性的影响 120
3.3.1 嵌入式温敏混凝土结构 121
3.3.2 碳纤维水泥层／普通混凝土复合温敏结构 121
3.3 水泥基智能复合材料温敏性在混凝土结构中应用 121
3.4 水泥基智能复合材料的塞贝克效应 123
3.4.1 水泥基智能复合材料的塞贝克效应与机理 123
3.4.2 水泥基PN结的伏安特性及其塞贝克效应 125
3.4.3 塞贝克效应影响因素的研究 127
3.5 水泥基智能复合材料塞贝克效应在混凝土结构中应用 129
3.5.1 埋入水泥基智能复合材料的温敏混凝土柱 129
3.5.2 碳纤维水泥层／普通混凝土复合温敏结构 130
3.5.3 连续碳纤维温敏混凝土杆 131
3.5.4 温度自诊断自适应智能混凝土结构及模型 132
3.6.1 水泥基智能复合材料的力电效应 133
3.6 水泥基智能复合材料的力电效应 133
3.6.2 孔隙水与水泥基智能复合材料力电效应的关系 134
3.6.3 水泥基智能复合材料力电效应的机理 136
3.6.4 水泥基智能复合材料的电磁发射现象 138
3.7 水泥基智能复合材料的电力效应 141
3.7.1 实验方法 141
3.7.2 水泥基智能复合材料的电力效应 141
3.7.3 电力效应的机理 142
3.8 基于力电效应应用的机敏混凝土梁 145
3.8.1 试验模型与测试系统 145
3.8.2 试验结果 146
参考文献 147
4 水泥基智能结构的自调节 151
4.1 概述 151
4.1.1 变形自调节 152
4.1.2 温度自调节 153
4.1.3 高阻尼抗振调节 153
4.2 变形自调节的基本原理及实验 154
4.2.1 碳纤维毡混凝土叠层梁的实验模型及材料 154
4.2.2 叠层梁电热变形实验装置及实验过程 154
4.2.3 叠层梁电热变形实验结果分析 155
4.3.1 叠层梁的热传导数学模型 157
4.3 变形自调节理论分析 157
4.3.2 叠层梁电热驱动的动态响应 159
4.3.3 叠层梁的电热变形数值模拟 163
4.3.4 叠层梁电热变形的实验与理论数值的比较 169
4.4 变形自调节中的温度、变形自检测 171
4.4.1 温度检测 171
4.4.2 温差检测 173
4.4.3 变形检测 174
4.5.1 被控对象的数学模型 175
4.5 变形自调节的控制理论与方法调节实验 175
4.5.2 变形自调节的控制方法 176
4.5.3 反馈信号的预处理 177
4.5.4 碳纤维毡水泥砂浆叠层梁变形调节实验 177
4.6 温度自调节原理实验 179
4.6.1 导电混凝土材料的选取 179
4.6.2 温度自调节的基本电热实验 180
4.7 温度自调节理论分析 183
4.7.1 导电混凝土板升温微分方程及其温度场 183
4.7.2 导电混凝土板降温微分方程及其温度场 185
4.7.3 导电混凝土升温降温曲线 186
4.8 温度自调节的数值模拟 187
4.8.1 有限元计算模型 187
4.8.2 有限元计算结果分析 191
4.9 水泥基复合材料融雪化冰实验 203
4.9.1 碳纤维混凝土除冰实验研究 204
4.9.2 野外融雪实验 208
4.10 自增强阻尼混凝土与高阻尼结构 211
4.10.1 聚合物对水泥砂浆阻尼性能的影响 211
4.10.2 硅粉的硅烷化对水泥砂浆阻尼性能的影响 216
参考文献 219
5 水泥基智能复合材料结构损伤的成像诊断方法 222
5.1 概述 222
5.2 红外检测的方法与原理 222
5.3 水泥基智能复合材料红外成像诊断方法与原理 224
5.3.1 水泥基智能复合材料红外成像诊断方法 224
5.3.2 水泥基智能复合材料红外成像诊断原理 226
5.4 水泥基智能复合材料红外成像诊断实验 229
5.4.1 红外成像诊断实验 229
5.4.2 不同电阻值试样的成像诊断结果与分析 231
5.4.3 不同裂纹深度试样的成像诊断结果与分析 235
5.4.4 多裂纹试样的成像诊断结果与分析 236
5.4.5 含空鼓缺陷的试样成像诊断结果与分析 236
5.5 水泥基智能复合材料红外成像诊断的有限元分析 239
5.5.1 裂纹深度对表面温度分布的影响 240
5.5.2 电阻率对表面温度分布的影响 242
5.6 水泥基智能复合材料红外成像诊断的理论分析 243
5.6.1 温度场的格林函数分析方法 243
5.6.2 含裂纹试样的温度场求解 245
5.6.3 算例及分析 248
5.7 超声声纳成像诊断 249
5.7.1 混凝土超声波探伤技术 249
5.7.2 超声波CT的基本原理和反演方法 250
5.8 超声波CT成像结果与分析 252
5.8.1 超声波CT探伤技术的实施 252
5.8.2 试验结果及评价 254
5.8.3 影响成像结果的主要因素 255
5.8.4 基于BP神经网络的图像处理方法 257
5.8.5 目前存在的问题 259
参考文献 260