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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 SMA4

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