航空航天復合材料結構健康監測技術研究進展*

武湛君，渠曉溪，高東岳，2，劉科海，馮建民

（1.大連理工大學航空航天學院工業裝備結構分析國家重點實驗室，大連 116024；2.大連理工大學材料科學與工程學院，大連 116024；3.中航工業飛機強度研究所，西安710065）

與傳統金屬材料相比，復合材料具有更高的比強度、比剛度并具有極強的可設計性，因此廣泛應用于航空航天領域[1-2]。美國航空航天局（NASA）蘭利研究中心在《航空航天用先進復合材料發展報告》中指出，將復合材料應用于機翼機身可實現減重24.3%的目標[3]。先進復合材料在航空航天結構中的應用還可以實現抗腐蝕、減少連接結構等目標。復合材料的氣動剪裁技術可顯著提高結構效率[4]；整體成形技術可有效減少連接，提高結構可靠性，降低成本；復合材料耐腐蝕抗疲勞特點可降低維護成本。因此復合材料大量應用于航空航天結構中。部分民用飛機復合材料占總重量的比例如圖1[2]所示。

由于材料內部存在復雜的非線性和分散性因素，復合材料結構的強度和破壞模式預測十分困難[5-6]。因此，針對航空航天復合材料結構的結構特點與應用環境發展健康監測技術（Structural Health Monitoring,SHM）可以在結構運行中采集健康狀況信息，提高航空航天結構的安全性[7-11]。將結構健康監測技術與無損檢測技術相結合有助于實現航空航天結構基于狀態維護，并最終為結構優化設計迭代提供依據。

近年來，國內外多家研究機構及企業進行了大量有關結構健康監測的基礎研究[12-16]，并逐步將結構健康監測技術應用于先進飛行器復合材料結構安全維護中[17-18]。……