智能材料與結(jié)構(gòu)ppt課件-資料下載頁
2025-05-12 12:11本頁面
【正文】 目前使用的唯一的記憶合金。 72? TiNi合金在醫(yī)學上應(yīng)用較廣的有口腔牙齒矯形絲以及外科中各種矯形棒、骨連接器、血管夾、凝血慮器等。近年來血管擴張元件等應(yīng)用也見報道。 73? 牙齒矯形絲是利用 TiNi合金相變偽彈性特點，使合金絲處理成超彈性絲。由于應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變使彈性模量成非線性變化，當應(yīng)變增大時，矯正力卻增加不多。因此佩帶嬌正絲時，即使產(chǎn)生很大的變形也能保持適宜的矯正力，不僅操作方便，療效好，而且可減輕患者的不適感。 TiNi合金的超彈性功能使應(yīng)變高達 10％仍不會發(fā)生塑性變形。 74? 圖 11－ 8是用于矯形絲的各種材料的負載與變形曲線。由對比可見，傳統(tǒng)用的不銹鋼和 CoCr合金的彈性系數(shù)大，相對于很小的變形就需要較大的負載，而且產(chǎn)生明顯的永久變形。 TiNi合金絲明顯優(yōu)于前者。 75? 脊柱側(cè)彎矯形用哈氏棒通常是用不銹鋼制成，但由于植入人體后以及在隨后使用中，矯正力明顯下降，甚至在半個月后下降 55％，故通常必須進行再次手術(shù)以調(diào)整矯正力，使患者在精神上、肉體上承受較大痛苦。 76? 改用形狀記憶合金只需一次安放固定手術(shù)。一般是將 TiNi合金棒記憶處理成直棒，然后在 Ms以下溫度（通常是冰水）彎成與人體畸形脊柱相似的形狀（彎曲應(yīng)力小于 8％），立即安放于人體內(nèi)并加以固定。手術(shù)后通過體外加熱使溫度高于體溫 5－ 10℃ ，這時 TiNi合金棒逐漸回復(fù)到高溫相狀態(tài)，產(chǎn)生足夠的矯正力。 77? 其它如骨折、骨裂等所需要的固定釘或固定板都是將 TiNi合金的 Af溫度定在體溫以下。先將合金板（或合金釘?shù)龋┌此栊螤钣洃浱幚矶ㄐ?，在手術(shù)時，將定形板在冰水中（ Ms） 變形成便于手術(shù)安裝的形狀，植入所需部位固定，靠體溫回復(fù)固定板形狀。用記憶合金固定骨折等環(huán)患處，患者痛苦少，功能恢復(fù)快，是非常行之有效的方法。 78? 形狀記憶合金更多的潛在應(yīng)用是埋置在材料里組成智能復(fù)合材料，如美國把在F— 16戰(zhàn)斗機機翼上。用于自修復(fù)功能，在機器人上用來制造人造肌肉。 79第四節(jié) 智能材料的應(yīng)用 ? 首先開展智能材料結(jié)構(gòu)研究的是美國軍界，約在 1984年美國陸軍科研局就旋翼飛行器技術(shù)研究給于贊助，研究內(nèi)容是減小旋翼槳葉的振幅和扭曲。美國空軍著重于航空和航天飛行器智能表層的研究，將該項目落實在美國空軍科研項目預(yù)測 Ⅱ 中，被認為是急需發(fā)展的，有創(chuàng)始性的項目，美國空軍萊特研究和發(fā)展中心的航空設(shè)備實驗室又規(guī)劃了智能表層的發(fā)展路線圖。 80? 1988年以后，美國各大學和航空航天機構(gòu)的公司、研究所都參與研究，他們設(shè)計的面很廣，并且取得創(chuàng)造性的進展。同時美國國防部 FY92_FY96的邊緣科學研究規(guī)劃（即代號 UR1） 及陸軍科研局和海軍科研局都給于智能材料與結(jié)構(gòu)探索者贊助。 81? UR1資助課題包括材料科學、結(jié)構(gòu)方程、單一和復(fù)合智能結(jié)構(gòu)的數(shù)學模型、驅(qū)動器、傳感器、控制系統(tǒng)和處理方法、多體結(jié)構(gòu)動力學、結(jié)構(gòu)識別以及氣動彈性修正等。陸軍科研局的規(guī)劃則著重于旋翼飛行器和地面運輸裝置，例如減小結(jié)構(gòu)件的振動和增大氣動力學穩(wěn)定性，加強旋翼飛行器的控制能力和損傷的檢測，減輕和修理損傷部分。海軍規(guī)劃則著重于水中潛艇噪聲強度的控制。 82? 智能材料結(jié)構(gòu)技術(shù)很快被土木工程、船舶、海上陸架、汽車、醫(yī)學等行業(yè)看中，認為它將會引起這些行業(yè)的新的技術(shù)革命，為此，分別制定了 5年、 10年規(guī)劃，投入大量資金。 83? 日本繼美國以后，在日本技術(shù)局主持下，開展智能材料結(jié)構(gòu)的研究。它們與美國聯(lián)合組成專門研究小組，特別在自適應(yīng)結(jié)構(gòu)方面已取得了很大進展。接著歐洲、澳洲、亞洲等國也積極開展智能材料結(jié)構(gòu)的研究工作，目前智能材料結(jié)構(gòu)的研究范圍和涉及的行業(yè)還在不斷擴大。 84? 航空和航天飛行器方面的重點研究內(nèi)容之一是智能表層。智能表層功能之一是能夠自動地檢測出周圍環(huán)境的變化，并自動適應(yīng)環(huán)境，一般飛機上檢測環(huán)境的傳感器如圖 11173。9所示，他們應(yīng)和結(jié)構(gòu)材料融合成整體；另一功能是適合于當前的電子戰(zhàn)，即具有識別、人為干擾、隱蔽通訊、威脅警告和電子保障系統(tǒng)，如圖 11—10 所示。對于材料內(nèi)部的缺陷和損傷，智能表層能夠進行自診斷、自修復(fù)、自適應(yīng)；還能夠抑制噪聲和振動；對于航空和航天飛行器座艙能夠自動通風、報暖和冷卻。 85? 在航空和航天飛行器結(jié)構(gòu)方面，另一主要研究方向是翼面的氣動彈性設(shè)計。以往的飛機在發(fā)動機推力作用下通過改變舵面的角度來提高升力，這種情況下，在升力提高的同時，阻力也增大。 86? 如果在翼面中埋入傳感元件和驅(qū)動元件，利用驅(qū)動元件改變機翼翼面下表面的曲度，就可以使機翼具有足夠的升力，并且不增大阻力。也可以利用驅(qū)動元件改變機翼前緣和后緣的角度等，傳感元件檢測動作的情況和程度，以達到自適應(yīng)氣動彈性控制。 87? 對于建筑方面，目前已解決了在鋼筋混凝土中埋置光導纖維的技術(shù)。埋入的光導纖維可以用作通訊、強度檢測，代替原來的導線，并實現(xiàn)整個建筑物的辦公自動化。智能建筑結(jié)構(gòu)的用途見圖 11－11。 88? 目前正在研究的是在結(jié)構(gòu)中埋入壓電加速計，利用驅(qū)動件制成可改變結(jié)構(gòu)層面剛度的主動抗震剪切板，以及具有控制系統(tǒng)的抗地震智能建筑物。 89? 對于承受循環(huán)應(yīng)力的材料，尤其時運載工具，會由于疲勞而發(fā)生破壞。智能結(jié)構(gòu)應(yīng)在裂紋萌生后，由傳感器指示裂紋位置，并指揮相應(yīng)的驅(qū)動器動作，使裂紋尖端形成壓應(yīng)力，防止裂紋繼續(xù)擴展。 90? 智能材料結(jié)構(gòu)在體育和醫(yī)療用具方面也有很多應(yīng)用，例如可以將部分網(wǎng)球拍的網(wǎng)絲換成形狀記憶合金絲，用開關(guān)控制激勵形狀記憶合金絲，這樣的網(wǎng)球拍具有不同的柔性，擊出的球具有不同的力度，使對方無法估計球的落點和力度。智能材料結(jié)構(gòu)在醫(yī)學上的用途更廣， 91? 如利用形狀記憶合金絲治療肺血拴和連接斷骨，矯正骨骼畸形等；又如智能醫(yī)用膠帶，不僅能加快傷口愈合，防止感染并能在傷口愈合后自動脫落，使病人無痛苦；另外醫(yī)學上需要用智能材料結(jié)構(gòu)制造出人工胰、臟肝、胃等器官。 92? 智能材料結(jié)構(gòu)在服裝方面也大有應(yīng)用前景，如用智能材料制成的服裝，其尺寸、導熱性和孔隙度能隨著周圍環(huán)境（溫度、濕度）的變化而變化，保證使用者美觀和舒服。 93? 智能玻璃是一種新型的智能材料，它的光學特性可以根據(jù)入射光線的波長和強度而改變。例如在熱天，可以濾掉熱輻射，但又能通過可見光；在冬天能夠防止熱損耗，使室內(nèi)保溫。 949596
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