分布式多功能复合材料结构状态探测技术研究

复合材料正成为新一代民用飞机的主要结构材料。全面监测复合材料结构状态及其可能损伤是评价与确定其在服役环境中可靠性和完整性的有效手段。本项目研究一种分布式多功能复合材料结构状态探测技术，通过有机结合不同类型传感器，构成具有多模式感测功能的网络系统，多方位全面探测复合材料结构的状态(如应变、温度、湿度、气动压力以及结构损伤等)。将此类似人体神经系统的分布式多功能传感网络与复合材料结构一体化集成，对传感器网络获得的多模式信息进行实时处理，实现未来复合材料结构可"感觉"和"思考"自身状态。利用此革命性概念设计和制造的未来复合材料结构可以提供多种模式的综合信息，使之具有智能传感，环境适应性等功能。创新之处体现在：(1)可伸缩柔性多功能传感器网络,(2)可与多种类型复合材料结构集成,(3)可进行以多模式传感为基础的混合诊断，(4)多功能传感器网络可在复合材料的制造、服役及维护的全寿命过程发挥重要作用。

先进复合材料正在成为新一代飞行器的主要结构材料。全面监测飞行器复合材料结构状态及其可能损伤是评价与确定其在服役环境中可靠性和完整性的有效手段。本项目发展一种分布式多功能复合材料结构状态探测技术，通过有机结合不同类型传感器，构成具有多模式感知能力的传感器网络，多方位全面探测复合材料结构的状态(如应变、温度、结构损伤等)，对传感器网络获得的多模式信息进行实时处理，实现未来复合材料结构可“感觉”和“思考”自身状态。本项目取得了如下主要成果：. (1)提出了分布式传感器网络多模式感知能力概念，提出了可扩展多功能传感器网络的总体方案设计，具体包括传感器选择与评价准则、传感器网络扩容方式、可扩展搭载层设计与多功能传感器设计；对传感器网络搭载层进行了拉伸实验，并在搭载层上集成制造了包含温度传感器、电阻应变传感器和压电传感器的分布多式多功能可扩展传感器网络样品，可实现温度、应变、损伤与外界撞击等结构状态参数的监测。. (2)发展了基于压电传感信号的结构损伤诊断算法，具体包括基于波形修正的时间－距离域映射、线性频散信号构建和非频散信号构建的多损伤诊断成像法，改进的基于椭圆分布加权成像技术的复合材料结构损伤定量化监测方法，基于相位角变化的截面微小损伤诊断成像方法，基于衍射波的裂纹定量化监测方法；为了提高上述算法在实际工程应用的可靠性和稳健性，提出了基于自适应滤波的超声导波温度补偿技术，消除温度对超声导波诊断结果的影响。. (3)搭建了集成化民机复合材料结构健康监测技术演示验证平台，对本项目提出损伤诊断算法进行了验证，该平台是中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心具有重要显示度的民机前沿技术演示验证平台。. 本项目的研究成果可对复合材料为主体航空飞行器的设计与制造、运行及维护产生革命性的影响。本项目已发表学术论文共25篇，其中期刊论文12篇，国际会议论文13篇，SCI收录7篇，EI收录17篇，5项发明专利待批，2项实用新型专利已授权。