智能材料、器件及智能结构系统

 

建设目标

    通过材料学与结构工程、固体力学、控制理论与控制工程、凝聚态物理等学科的交叉,建立起具有国内领先水平的“智能材料-器件-结构系统”的研发基地,在智能材料和器件及智能结构系统一体化的设计理论和应用技术的研究方面达到国际先进水平。实现土木工程结构的智能化,大大提高重大土木工程结构的防灾减灾能力。

建设内容

(1)可控流体及自适应减振智能结构系统
    在高性能磁流变液及磁流变液智能阻尼器的研究方面,建立磁流变液悬浮粒子的核壳复合粒子结构、有机-无机纳米复合技术和设计原则;确立磁流变液的可控特性与配方及外磁场的关系;制备具有国际先进水平的高性能磁流变液及磁流变液智能阻尼器产品。

    在磁流变液自适应减振智能结构系统的研究方面,形成磁流变液自适应减振智能结构系统的设计理论,重点考虑具有磁滞效应的磁流变液智能阻尼器的高精度的力学模型,具有不确定参数结构系统的预测半主动控制策略,智能结构系统自适应减振的仿真分析方法及共可视化技术;建立磁流变液自适应减振智能结构系统的试验平台与试验技术;建立系统实现的关键技术,主要包括:结构响应信息采集设计的关键技术,控制系统硬件的设计与制作技术,系统软、硬件一体化的设计与制作技术;开展磁流变液自适应减振智能结构系统在重大土木工程结构上的应用研究。

(2)光纤光栅传感器及健康自动诊断智能结构系统
    在光纤传感器及其传感系统的研究方面,对光纤传感器所需的传感材料进行组分与性能的优化设计,采用先进的材料制备技术,研制与光纤光学特性相匹配、生产工艺稳定的多种光纤传感材料,制备相应的光纤传感器,并研究其传感机理和性能,反馈指导并不断完善传感材料及其器件的制备工艺及性能;研究光纤光栅应变敏感特性、温度敏感特性及其交叉敏感特性,研制高性能、多功能的分布式光纤光栅传感器及其网络系统,研究适用于土木工程结构振动测量的光纤光栅加速度传感器及其解调系统,建立具有不怕恶劣环境和噪声干扰的光纤光栅传感系统。

    在光纤光栅健康自动诊断智能结构系统的研究方面,形成光纤光栅健康自动诊断智能结构系统的设计理论,主要包括:结构损伤特征参数的识别方法,结构有限元模型的修正技术,结构损伤诊断的基本理论,损伤自动诊断智能结构的仿真分析方法及其可视化技术;建立光纤光栅健康自动诊断智能结构系统的试验平台与试验技术;建立系统实现的关键技术,主要包括:采集信号的远程传输技术,系统硬软件一体化的设计与制作技术;开展光纤光栅健康自动诊断智能结构系统在重大土木工程结构上的应用研究。

(3)碳纤维机敏混凝土及其结构系统
    深入研究机敏混凝土材料的力、电、热等物理特性,建立机敏混凝土材料的力、电、热等物理量之间的本构理论;针对碳纤维机敏混凝土性能指标的稳定性、灵敏性和先进性的要求,建立在结构层次上的机敏混凝土的材料制备关键技术和设计原理;形成多功能机敏混凝土结构材料的组分配伍、工艺与相应功能性能的优化方法和理论。

    开展碳纤维机敏混凝土结构系统关键理论及其应用技术研究。建立重要工程结构的损伤与应力的全场性实时自诊断新技术新方法;建立高性能工程结构平整度的变形自调节设计原理和智能系统;建立重要路面结构的智能化融雪化冰的温度自调节新技术;为高层建筑提供基于高阻尼机敏建筑材料的新的抗震减震自增强设计方法;探索混凝土结构的裂纹止裂、愈合以及钢筋阴极保护等自防护新技术方法;探索具有电磁自防护的机敏混凝土结构实验系统和评价体系;建立自诊断、自调节、自增强、自防护机敏混凝土结构系统的信息智能采集、处理、识别与控制系统;建立机敏混凝土结构硬软件系统一体化的设计理论与实现的关键技术。

建设效益

    本建设项目产生了一批具有国际先进水平的研究成果,建立了智能材料、器件与智能结构系统及其关键技术,承担了一批国家级和重大工程项目。同时培养了一批在土木工程学科领域具有学术发展预见能力和学科开拓能力的高层次人才, 提高了我校在此研究领域的研究水平以及在国内外学术界的地位。

    项目建设形成了一个智能材料、器件与智能结构系统的新学科,使该学科在本领域具有国际、国内一流的科学研究和高层次科技人才培养的条件和实力。

    在科学研究方面,承担任务能力、科学研究水平和科技成果数量大大提高。申请获得各类项目共计42项,其中国家自然科学基金重点项目2项,国家自然科学基金重点项目子项1项,国家自然科学基金国际合作重大项目1项,国家“863”项目2项,国家“863”项目子项1项,国家自然科学基金项目10项,国家自然科学基金会主任基金项目1项,教育部博士点基金项目1项,到位科研经费1540.45万元,其中纵向经费685.05万元。获得各类科技奖励共计8 项,其中获得教育部自然科学一等奖1项,湖北省科技进步一等奖1项,湖北省自然科学二等奖1项,教育部科技进步二等奖1项,湖北省科技发明二等奖1项,中国建筑材料工业协会科技进步二等奖1项,湖北省科技进步三等奖2项。共申请发明专利9项,授权4项,实用新型专利授权3项。发表论文282篇,其中国际刊物58篇,SCI收录75篇,EI收录93篇,ISTP收录11篇,出版教材或专著5部。同时,论文的档次和质量大大提高。

    在人才培养和队伍建设方面,教师中教授总人数9人,具有博士学位人数14人,具有硕士学位人数19人。培养和引进学术带头人2人(包括楚天学者),培养学术骨干17人。研究骨干的协作意识大大加强,团队联合创新的态势基本形成。招收与培养博士研究生59人、硕士生430人,培养高层次人才的能力大大加强,研究生在校期间发表论文和申请专利的数量和质量大大提高。已毕业的博士生和研究生在相关行业的科学工作中发挥着重要作用,成为科技工作的骨干。

    在学科和基地建设方面,2004年9月经湖北省教育厅和科技厅批准,成立了道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室。2003年获土木工程一级学科博士点,2005年获力学一级学科博士点。

    在学术交流方面,国际国内学术交流与合作环境进一步优化。重视组织和参与国内外各项学术活动,组织国内学术交流会1次,邀请国外专家讲学10次,参加国内外学术会议24次,出国深造7人,加强了国际合作与学术交流。