第一章 基本概念 1
1.1压电智能材料 1
1.2形状记忆合金 2
1.2.1形状记忆效应 2
1.2.2马氏体相变 3
1.2.3超弹性效应 3
1.2.4 SMA 4
1.3磁致形状记忆合金 4
1.4电（磁）流变体智能材料 5
1.4.1电流变体 5
1.4.2磁流变体 6
1.4.3 ERF/MRF的特性 6
1.4.4 ERF/MRF研究及应用 6
1.5铁电微观模型 7
1.6压电陶瓷非线性成因 8
1.6.1压电陶瓷位移的微观机理 8
1.6.2非线性成因 10
1.6.3非线性及迟滞的影响因素 11
1.7应用前景 12
1.7.1智能结构在航空航天工程中的应用 12
1.7.2智能结构在土木工程中的应用 13
1.7.3智能结构在机器人中的应用 14
1.8展望 14
参考文献 15
第二章 压电非线性智能本构关系 16
2.1智能结构仿生学模型 16
2.2智能线弹性-压电本构关系 17
2.3弹塑性-压电本构关系 18
2.3.1弹塑性-压电本构关系 19
2.3.2热弹塑性-压电本构关系 20
2.4非线性-压电本构关系 24
2.5压电宏观本构关系与微观模型的关系 26
2.5.1本构关系 26
2.5.2电畴翻转对宏观物理量的影响 26
2.5.3电畴翻转驱动力与体积分数的关系 27
2.5.4压电非线性本构行为的计算方法 28
参考文献 29
第三章 压电热动力智能变分原理 31
3.1加权残数法 31
3.2压电热弹性动力问题 32
3.2.1动力方程——应力与体力关系 32
3.2.2电场控制方程 32
3.2.3几何方程——应变与位移关系 32
3.2.4热场控制方程 32
3.2.5本构方程 32
3.2.6边界条件 33
3.2.7初始条件 33
3.3压电热弹性瞬时变分原理 33
3.3.1瞬时势能原理 33
3.3.2瞬时余能原理 37
3.4压电热弹性瞬时广义变分原理 38
3.4.1第一种压电热弹性九类变量瞬时广义变分原理 38
3.4.2第二种压电热弹性九类变量瞬时广义变分原理 40
3.4.3等价原理 41
3.4.4压电热弹性体的势能密度及余能度 41
3.4.5第三种压电热弹性广义变分原理 41
3.5压电热弹性瞬时广义虚功原理 41
3.6压电智能结构几何非线性瞬时变分原理 42
3.6.1基本方程 42
3.6.2热压电智能结构几何非线性瞬时变分原理 43
3.6.3热压电智能结构几何非线性瞬时广义变分原理 43
3.6.4压电弹性体的势能密度及余能密度 44
3.7压电智能结构双重非线性瞬时变分原理 45
3.7.1基本方程 45
3.7.2压电智能双重非线性瞬时变分原理 46
3.7.3压电智能结构双重非线性瞬时广义变分原理 47
3.7.4压电弹塑性体的势能密度及余能密度 47
参考文献 48
第四章 压电智能梁动力问题 50
4.1智能梁理论 50
4.1.1位移模式 50
4.1.2几何方程 51
4.1.3智能本构关系 51
4.1.4智能变分原理 52
4.2智能样条有限点法 52
4.2.1样条离散化 52
4.2.2建立智能样条离散化泛函 54
4.2.3建立智能样条离散化动力方程 55
4.3智能样条子域法 55
4.3.1划分子域 56
4.3.2建立智能样条子域 56
4.3.3建立智能梁样条离散化动力方程 58
4.4智能梁振动主动控制 58
4.4.1基本原理 58
4.4.2智能结构振动主动控制算法 59
4.4.3智能结构分析的新方法 59
4.5计算例题 60
4.6附录：样条函数 63
4.6.1样条函数 63
4.6.2智能梁 69
参考文献 73
第五章 智能样条有限点法 74
5.1智能板壳理论 74
5.1.1位移模式 74
5.1.2几何方程 75
5.1.3智能扁壳本构关系 75
5.1.4智能变分原理 76
5.2智能样条有限点法 77
5.2.1单样条有限点法 77
5.2.2双样条有限点法 81
5.2.3双向单样条有限点法 84
5.3计算例题 86
5.4附录 86
5.4.1位移模式 86
5.4.2几何方程 87
5.4.3样条形函数 89
5.4.4应变转换矩阵 92
5.4.5积分公式 94
参考文献 95
第六章 智能样条无网格法 97
6.1基本原理 97
6.1.1径向样条基函数 97
6.1.2样条无网格法 100
6.2智能弹性体问题 105
6.3智能板壳问题 108
6.4计算例题 113
参考文献 115
第七章 智能QR法 117
7.1基本原理 117
7.2智能板壳分析的QR法 119
7.3智能板壳振动控制 124
7.4计算例题 125
7.5附录 128
7.5.1智能梁单元 128
7.5.2智能板单元 131
7.5.3智能板壳单元 134
参考文献 136
第八章 压电智能结构几何非线性动力问题 138
8.1智能非线性动力变分原理 138
8.1.1基本方程 138
8.1.2智能结构几何非线性瞬时势能原理 139
8.1.3智能结构几何非线性瞬时广义变分原理 139
8.2智能梁几何非线性问题 140
8.2.1基本理论 140
8.2.2非线性样条有限点法 141
8.2.3小结 151
8.3智能板壳几何非线性问题 152
8.3.1基本理论 152
8.3.2非线性样条有限点法 154
8.3.3小结 158
8.4智能圆板问题 159
8.5计算例题 163
参考文献 166
第九章 压电智能结构材料非线性动力问题 167
9.1压电智能梁材料非线性动力问题 167
9.1.1本构关系 167
9.1.2几何方程 169
9.1.3变分原理 169
9.1.4样条有限点法 169
9.2压电智能板壳材料非线性动力问题 171
9.2.1压电非线性本构关系 171
9.2.2几何方程 172
9.2.3变分原理 172
9.2.4智能样条无网格法 173
9.3压电陶瓷非线性断裂问题 173
9.3.1智能QR法 174
9.3.2断裂问题 175
9.4计算例题 176
参考文献 177
第十章 智能压电结构双重非线性动力问题 178
10.1基本理论 178
10.2建模的新方法 178
10.3新算法 183
参考文献 183
第十一章 智能结构动力反应分析的新算法 184
11.1结构线弹性动力反应分析的新算法 184
11.1.1基本方程 184
11.1.2建立递推格式 185
11.1.3建立无条件稳定算法（5SWRM-1） 187
11.1.4建立条件稳定算法 188
11.2结构非线性动力分析的新算法 189
11.2.1非线性动力方程 190
11.2.2第三种样条递推算法 191
11.2.3几种新算法 195
11.3状态方程的算法 198
11.3.1精细算法 198
11.3.2样条加权残数法（一） 200
11.3.3样条加权残数法（二） 203
11.4样条无条件稳定算法 204
11.5计算例题 205
参考文献 205
第十二章 智能结构静力非线性分析的新算法 206
12.1结构非线性刚度方程 206
12.1.1第一种格式 207
12.1.2第二种格式/第三种格式 207
12.2样条递推法 208
12.2.1第一种样条递推算法 208
12.2.2第二种样条递推法 211
12.2.3第三种样条递推法 211
12.3样条增量迭代法 212
12.3.1第一种增量迭代法 212
12.3.2第二种增量迭代法 214
12.3.3第三种增量迭代法 214
12.4材料非线性分析的新算法 215
12.4.1样条初应力递推法 215
12.4.2样条初应力增量迭代法 215
12.4.3样条变刚度增量迭代法 215
12.5双重非线性分析的新算法 216
参考文献 217
第十三章 压电材料参数识别分析的新方法 218
13.1概述 218
13.2参数识别模型 219
13.3非线性最小二乘问题的算法 220
13.3.1牛顿法 220
13.3.2高斯-牛顿法 221
13.3.3单位步长Levenberg-Marquardt方法 222
13.3.4利用信赖域技巧的Levenberg-Marquardt方法 222
13.4灵敏度计算 223
13.4.1求导数法 223
13.4.2差分法 227
13.5误差分析 227
13.6材料参数识别分析的算例 228
13.6.1均质板E、μ的识别 228
13.6.2压电双晶板e31的识别 233
13.6.3压电层合板D11 、D12 、E的识别 239
13.7材料参数识别分析的新方法 243
13.7.1建立结构分析的新模型 243
13.7.2建立材料参数识别的新算法 243
13.8本章小结 245
参考文献 245
第十四章 电磁热体系非线性问题 248
14.1电磁热弹性动力问题 248
14.2电磁热弹性瞬时变分原理 250
14.2.1瞬时势能原理 250
14.2.2瞬时余能原理 251
14.3电磁热弹性瞬时广义变分原理 252
14.3.1第一种电磁热弹性瞬时广义变分原理 252
14.3.2第二种电磁热弹性瞬时广义变分原理 252
14.3.3等价原理 253
14.4电磁热弹性瞬时广义虚功原理 253
14.5电磁热弹性几何非线性瞬时变分原理 253
14.5.1基本方程 253
14.5.2电磁热弹性几何非线性瞬时势能原理 254
14.5.3电磁热弹性几何非线性瞬时广义变分原理 254
14.6电磁热双重非线性瞬时广义变分原理 255
14.6.1基本方程 255
14.6.2电磁热双重非线性变分原理 255
14.6.3电磁热双重非线性瞬时广义变分原理 255
14.6.4电磁热弹塑性体的势能密度及余能密度 255
14.7电磁热体系分析的新方法 256
参考文献 257
第十五章 形状记忆合金宏观本构关系 258
15.1基于热力学的本构关系 258
15.2带有塑性理论特点的本构关系 259
15.3 SMA热弹塑性本构关系 260
15.3.1热弹塑性本构关系 260
15.3.2弹塑性应变理论 261
15.3.3弹塑性矩阵 262
15.4热弹塑性-相变智能本构关系 263
15.4.1材料性质与T及ξ无关 263
15.4.2材料性质与T及ξ有关 264
15.5热弹黏塑性-相变本构关系 266
15.5.1弹黏塑性应变理论 266
15.5.2热弹黏塑性-相变本构关系 268
15.6 SMA非线性智能本构关系 269
15.6.1一维本构关系 269
15.6.2三维本构关系 270
15.6.3考虑塑性应变影响的SMA本构关系 271
15.7附录：SMA相变行为 272
参考文献 274
第十六章 形状记忆聚合物宏观本构关系 275
16.1基本概念 275
16.1.1 SMP形状记忆效应 275
16.1.2 SMP形状记忆效应的基本原理 275
16.1.3 SMP形状记忆效应的机械黏弹性模型 277
16.2 SMP宏观智能本构关系 281
16.2.1一维本构关系 281
16.2.2三维本构关系 283
16.3 SMP材料性能与温度的关系 284
16.3.1弹性模量与温度的关系 285
16.3.2材料强化系数与温度的关系 286
16.3.3黏性系数与温度的关系 286
16.3.4延迟时问与温度的关系 287
16.3.5屈服应力与温度的关系 287
参考文献 288
第十七章 形状记忆智能结构分析的新方法 289
17.1 SMA智能结构材料非线性问题 289
17.1.1 SMA本构关系 289
17.1.2结构变形控制 289
17.2 SMA智能结构双重非线性问题 294
17.2.1 SMA本构关系 294
17.2.2非线性几何方程 294
17.2.3变分方程 294
17.2.4建模方法 295
17.2.5算法 297
17.3计算例题 297
17.4智能高拱坝 298
17.4.1智能混凝土设计 298
17.4.2智能高拱坝分析的新理论新方法 299
参考文献 299
第十八章 智能结构动力稳定性 300
18.1非线性几何方程 300
18.2非线性本构关系 300
18.3智能结构稳定性 300
18.3.1建模 300
18.3.2算法 301
18.4计算例题 301
参考文献 303
第十九章 智能控制的新算法 305
19.1压电智能结构振动主动控制原理 305
19.2智能结构振动主动控制的新算法 306
19.2.1新模型 306
19.2.2新算法 307
19.3智能控制-样条加权残数法 307
19.3.1计算原理 307
19.3.2新算法 310
19.4最优智能控制-样条加权残数法 310
19.5模糊控制原理 311
19.5.1模糊控制组成 311
19.5.2受控系统模型 312
19.6结构振动的模糊控制算法 313
19.6.1普通模糊控制算法 313
19.6.2变增益模糊控制算法 315
19.6.3协调模糊控制算法 316
19.7计算例题 318
19.8钢结构非线性地震反应的压电变阻尼智能控制 329
19.8.1结构模型 329
19.8.2 3层钢结构非线性地震反应的压电变阻尼智能控制 333
19.8.3 20层钢结构非线性地震反应的压电变阻尼智能控制 337
参考文献 341
第二十章 智能框架静力控制分析的新方法 343
20.1概述 343
20.2建立考虑高阶剪切影响的压电梁单元刚度矩阵 344
20.2.1考虑高阶剪切影响的位移函数 344
20.2.2考虑高阶剪切影响的位移和应变形函数矩阵 347
20.2.3压电梁的电势和场强形函数矩阵 348
20.2.4考虑高阶剪切影响的单元刚度矩阵 348
20.3建立考虑初始几何缺陷及P-△效应的压电梁柱单元刚度矩阵 351
20.4压电智能平面钢框架结构动力分析的QR法 353
20.4.1压电智能框架结构的样条位移函数及样条电势函数 353
20.4.2 QR法变换 354
20.4.3建立压电梁柱单元势能泛函 354
20.4.4利用变分原理建立压电智能框架结构分析的QR法动力方程 355
20.4.5压电智能框架结构QR法静力控制分析 355
20.5压电层合梁一阶剪切理论解析法 356
20.5.1压电层合梁的平衡方程 356
20.5.2压电简支层合梁的求解 357
20.6计算例题 358
20.6.1验证算例 358
20.6.2压电智能框架结构变形控制分析 362
20.7本章小结 367
参考文献 368
第二十一章 智能框架动力控制分析的新方法 369
21.1概述 369
21.2智能结构振动主动控制原理 370
21.3结构振动主动控制算法 371
21.3.1线性二次型（LQR）经典最优控制 371
21.3.2模态控制 375
21.4压电堆工作原理 376
21.5计算例题 377
21.5.1振动频率和振型分析 377
21.5.2压电堆式驱动器控制框架变形分析 379
21.5.3结构振动控制分析 381
21.6本章小结 393
参考文献 394
第二十二章 智能高层与超高层建筑结构分析的新方法 396
22.1智能高层结构分析的新方法 396
22.2智能结构双重非线性分析的新方法 399
22.3智能高层结构稳定性分析的新方法 401
22.4智能高层结构振动主动控制 401
22.5计算例题 402
22.6附录 402
22.6.1智能梁单元 402
22.6.2智能板壳单元 404
22.6.3其他单元 406
22.6.4非线性QR法 406
参考文献 407
第二十三章 智能结构稳定性分析的新方法 408
23.1基本概念 408
23.1.1结构失稳特性 408
23.1.2判断结构稳定性的能量准则 409
23.1.3结构动力稳定性 410
23.2结构非线性静力稳定性问题 410
23.2.1建模 410
23.2.2算法 411
23.2.3迭代收敛准则 415
23.3结构非线性平衡路径跟踪算法 416
23.3.1切线刚度法 416
23.3.2特征刚度法 418
23.3.3位移收敛控制增量迭代法 420
23.4结构非线性静力稳定性简化算法 422
23.4.1基本原理 422
23.4.2计算步骤 423
23.4.3算例 423
23.5结构非线性动力稳定性问题的新模型 424
23.6结构非线性动力稳定性问题的新算法 425
23.7求解结构动力失稳临界荷载的实用方法 428
23.7.1动力时程分析法 428
23.7.2静力变换法 428
23.7.3静力法 428
23.7.4几点注意 429
23.8计算例题 430
参考文献 430
第二十四章 智能结构承载能力分析的新方法 432
24.1基本概念 432
24.1.1基本理论 432
24.1.2塑性极限理论 432
24.1.3塑性铰模型 434
24.2智能结构塑性极限分析的塑性铰模型—QR法 434
24.2.1一阶塑性铰模型—QR法 435
24.2.2二阶塑性铰模型—QR法 436
24.3精化塑性铰模型—QR法 438
24.4智能结构塑性极限分析的弹性调整—样条无网格法 438
24.4.1一阶弹性调整一样条无网格法/QR法 439
24.4.2二阶弹性调整一样条无网格法/QR法 442
24.5智能结构动力极限承载能力分析的样条无网格法 443
24.5.1建立新建模 443
24.5.2选用新算法 444
24.6一阶动力弹性调整一样条无网格法/QR法 445
24.6.1计算原理 445
24.6.2计算步骤 449
24.7二阶动力弹性调整一样条无网格法/QR法 450
24.7.1计算原理 450
24.7.2计算步骤 450
24.8动力塑性铰模型一样条无网格法 451
24.8.1一阶动力塑性铰模型一样条无网格法 451
24.8.2二阶动力塑性铰模型一样条无网格法 451
24.9静力法 452
24.10计算例题 453
参考文献 454
第二十五章 智能结构体系可靠性分析的新方法 456
25.1基本概念 456
25.1.1结构的功能要求 456
25.1.2结构功能函数 457
25.1.3结构极限状态 457
25.1.4结构可靠度 458
25.1.5结构可靠指标 459
25.1.6求可靠指标β的常用方法 459
25.2结构体系可靠度 462
25.3智能结构体系静力可靠度分析的新方法 462
25.4智能结构体系动力可靠度分析的新方法 463
25.5智能结构动力随机模糊可靠度分析的新方法 464
25.5.1随机模糊功能函数一样条无网格法/QR法 464
25.5.2等效功能函数一样条无网格法/QR法 466
25.6智能结构体系非概率可靠性分析的新方法 467
25.6.1区间变量 467
25.6.2非概率可靠性指标 468
25.6.3塑性极限荷载一样条无网格法/QR法 468
25.7计算例题 469
参考文献 470
第二十六章 智能大跨度桥结构分析的新方法 471
26.1智能桥梁结构分析的新方法 471
26.2智能结构双重非线性分析的新方法 474
26.3智能大跨度桥梁结构稳定性分析的新方法 477
26.4智能大跨度桥梁结构振动主动控制 477
26.5计算例题 478
26.6附录 478
26.6.1智能梁单元 478
26.6.2智能板壳单元 480
26.6.3其他单元 482
26.6.4非线性QR法 482
参考文献 483