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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