Adaptive Structures pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Wagg, David (EDT)/ Bond, Ian (EDT)/ Weaver, Paul (EDT)/ Friswell, Michael (EDT)

出品人:

页数:314

译者:

出版时间:2007-7

价格:332.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9780470056974

丛书系列:

图书标签:

科技
自适应结构
智能材料
结构优化
控制工程
机械工程
航空航天
材料科学
传感器
执行器
建模与仿真

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具体描述

Adaptive structures have the ability to adapt, evolve or change their properties or behaviour in response to the environment around them. The analysis and design of adaptive structures requires a highly multi-disciplinary approach which includes elements of structures, materials, dynamics, control, design and inspiration taken from biological systems. Development of adaptive structures has been taking place in a wide range of industrial applications, but is particularly advanced in the aerospace and space technology sector with morphing wings, deployable space structures; piezoelectric devices and vibration control of tall buildings. Bringing together some of the foremost world experts in adaptive structures, this unique text: includes discussions of the application of adaptive structures in the aerospace, military, civil engineering structures, automotive and MEMS. presents the impact of biological inspiration in designing adaptive structures, particularly the use of hierarchy in nature, which typically induces multi-functional behavior. sets the agenda for future research in adaptive structures in one distinctive single volume. Adaptive Structures: Engineering Applications is essential reading for engineers and scientists working in the fields of intelligent materials, structural vibration, control and related smart technologies. It will also be of interest to senior undergraduate and postgraduate research students as well as design engineers working in the aerospace, mechanical, electrical and civil engineering sectors.

《自适应结构》图书简介引言：结构演化的未来图景在工程、生物学乃至社会科学的广阔领域中，“适应性”已成为衡量系统性能与生存能力的核心指标。从自然界中精妙的仿生系统到前沿的智能材料，再到应对复杂环境变化的控制策略，对“自适应”的追求贯穿始终。《自适应结构》并非一部探讨特定材料或单一学科的书籍，而是一部全面深入、跨学科整合的著作，旨在揭示支撑结构从被动响应到主动适应的底层科学原理、设计哲学与实现路径。本书的核心议题在于：如何构建能够在面对不确定性、环境变化或功能需求转变时，能够自我调整、优化甚至重构的物理或信息系统？我们不再满足于设计能够承受特定载荷的“静态”结构，而是迈向能够感知、学习并最终改变自身形态或功能的“动态”结构。第一部分：自适应性的基础理论与范式本部分奠定了理解自适应系统的理论基石，探讨了驱动适应性行为的内在机制和设计思想的哲学转变。第一章：从刚性到柔性的范式转移本章首先回顾了经典结构工程学的基本假设，强调了传统设计对“已知”环境的依赖性。随后，深入剖析了促使工程界向“适应性”转型的根本原因——环境的不可预测性、多功能化需求的激增，以及可持续性压力。我们引入了“结构信息熵”的概念，量化了系统在不确定性环境下的脆弱性，并提出了通过增加结构信息处理能力来降低熵增的总体设计思路。第二章：反馈、感知与控制回路自适应系统的核心在于其感知-决策-执行的闭环。本章详细阐述了构建这一回路所需的关键技术。在“感知”层面，我们探讨了分布式传感网络（如光纤布拉格光栅、压电薄膜传感器）在结构健康监测（SHM）中的集成技术，重点关注其在空间分辨率和时间响应上的优化。在“控制”层面，深入分析了基于模型预测控制（MPC）、模糊逻辑控制以及强化学习在结构主动变形、阻尼优化中的应用潜力。特别地，本章通过对生物神经系统的类比，阐述了分布式计算在实现快速、局部化适应反应中的优势。第三章：能量耗散与形态可塑性适应性往往伴随着对外部能量的有效管理。本章聚焦于结构如何利用能量实现形态变化。内容涵盖了形状记忆合金（SMA）、电活性聚合物（EAP）以及磁流变液（MRF）等智能材料的基本本构关系，以及它们如何被集成到宏观结构中以实现被动或主动的阻尼、刚度调节。形态可塑性不再仅仅是变形能力，而是被视为一种可编程的结构语言，能够将环境输入转化为结构输出。第二部分：关键实现技术与材料前沿本部分将理论应用于实践，详细考察了支撑自适应结构实现的关键材料科学突破和前沿制造技术。第四章：计算材料与多功能集成现代自适应结构依赖于材料本身就具备计算能力。本章深入探讨了“四维材料”的概念，即材料不仅具有三维空间特性，还具有第四维的时间（或历史依赖性）响应特性。重点分析了可重构材料网络（如自修复聚合物网络）和多尺度耦合现象，例如材料内部的微观相变如何影响宏观刚度矩阵的实时变化。我们还讨论了如何通过增材制造（3D打印）技术，在单个部件中实现梯度材料分布和非均匀激励响应面的构建。第五章：可重构拓扑结构超越材料层面的适应，本章关注结构几何布局的实时变化。我们研究了基于铰接单元（Lattice Structures）和可编程连接点的模块化系统。这些系统通过局部连接的断开、转移或重组，可以在宏观尺度上改变结构的应力分布路径和整体刚度。内容涉及折纸（Origami）和卷轴（Kirigami）理论在工程结构展开与收缩中的应用，以及如何利用计算算法确保重构过程的几何可行性和能量效率。第六章：仿生与演化设计方法自然界是自适应系统的终极实验室。本章从生物学中汲取灵感，探讨了自适应设计中的演化计算方法。内容涵盖了遗传算法、蜂群优化等在结构布局优化中的应用，特别关注了如何设计“适应度函数”以奖励那些具有高鲁棒性和高可塑性的结构布局。此外，还分析了不同生物体（如植物的向光性、动物的骨骼重塑）在应对长期环境压力时所采用的反馈机制。第三部分：应用领域与系统集成最后一部分将视角投向实际应用，展示了自适应结构在不同工程领域中带来的革命性变革。第七章：动态基础设施与环境响应建筑在土木工程领域，自适应结构能够实时应对风荷载、地震激发或温度梯度。本章详细介绍了具有可变刚度梁柱的桥梁系统，以及能够根据实时天气数据调整立面开口或内部热阻的智能建筑外壳。重点在于如何将结构健康监测数据直接输入到主动调控系统中，实现能源效率和安全性的协同优化。第八章：可穿戴设备与软体机器人在微观和人机交互层面，自适应结构是软体机器人和功能性外骨骼的核心。本章探讨了基于流体驱动或电化学驱动的柔性致动器，它们如何模仿肌肉组织的非线性力学行为。我们将研究如何设计能够精确贴合并施加力反馈的生物兼容性结构，以及如何利用这些结构实现复杂环境下的自主导航和操作。第九章：适应性系统评估与未来展望构建自适应系统是一个迭代过程。本章讨论了评估和验证这些复杂系统的挑战，包括非线性退化、长周期稳定性测试，以及多目标优化冲突的解决策略。最后，本书展望了自适应结构在星际探索、极端环境资源利用以及完全自主制造单元等前沿领域的潜在应用，强调了跨学科人才培养和标准化方法论建立的紧迫性。结语《自适应结构》旨在为工程师、材料科学家、控制理论专家以及研究人员提供一个坚实的知识框架，使他们能够超越传统的静态设计思维，迎接一个结构能够自我进化、自我修复、并与环境和谐共存的未来。