航天復(fù)合材料智能健康監(jiān)測技術(shù)研究進展

劉哲軍 陳 博 金 珂 徐 林 盧 鵡 陳 穎 馬兆慶 劉春立 何 濤

（航天材料及工藝研究所，北京 100076）

0 引言

智能結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)（ISHM）［1-2］是指利用與結(jié)構(gòu)集成一起的傳感器或驅(qū)動器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，結(jié)合智能數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)完整性監(jiān)測的綜合技術(shù)。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的概念首先由歐美等先進國家提出，在可重復(fù)使用航天器安全性和可靠性需求的牽引下，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測逐漸發(fā)展成一個內(nèi)涵廣泛的檢測領(lǐng)域。進入21世紀后，隨著計算機技術(shù)和相關(guān)傳感器、數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合視覺識別、聲發(fā)射動態(tài)檢測、無損探傷以及震動檢測、應(yīng)力應(yīng)變檢測、溫濕度檢測等在內(nèi)綜合智能監(jiān)測技術(shù)的研究和應(yīng)用不斷深入［3］。隨著當前世界范圍內(nèi)高超聲速飛行器、空天往返飛行器、空間探測器等各類航天器迅猛發(fā)展，高可靠、低成本、可重復(fù)使用飛行器成為未來飛行器發(fā)展趨勢［4］，智能監(jiān)測技術(shù)也迅速在航天領(lǐng)域得到研究和應(yīng)用［5］。因結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測能具備實時監(jiān)測構(gòu)件狀態(tài)的潛力，對提高結(jié)構(gòu)質(zhì)量評估可靠性和降低維護成本有巨大幫助，美、俄、日等航天強國都在積極開展智能健康監(jiān)測的研究與工程實踐，以實現(xiàn)健康監(jiān)測核心技術(shù)的重大突破。

在航天強國戰(zhàn)略的引領(lǐng)下，我國也積極發(fā)展可重復(fù)使用航天器，國內(nèi)相關(guān)技術(shù)研究水平整體處于跟隨狀態(tài)，但在傳感器及相關(guān)設(shè)備研發(fā)、在線監(jiān)測應(yīng)用技術(shù)、數(shù)據(jù)歸集與處理技術(shù)等多個細分技術(shù)領(lǐng)域與國外還有顯著的差距。

本文綜述了近年來復(fù)合材料智能健康監(jiān)測在傳感器制作技術(shù)、傳感器與復(fù)合材料集成技術(shù)、復(fù)合材料狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)、復(fù)合材料損傷及失效表征技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)主要研究進展及發(fā)展現(xiàn)狀，擬為未來航天復(fù)合材料檢測技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展提供借鑒。

1 復(fù)合材料智能健康監(jiān)測傳感器技術(shù)

傳感器是實現(xiàn)智能復(fù)合材料狀態(tài)感知的基礎(chǔ)。用于智能健康監(jiān)測的傳感器主要包括壓電晶片主動式傳感器（PWAS）、光纖類傳感器（圖1）兩大類。

圖1 光纖傳感器原理、實物和儀器Fig.1 Principles、objects and instruments of fiber optic sensor

PWAS 的檢測原理是將壓電晶片采用膠黏劑粘接的方法固定在復(fù)合材料表面或復(fù)合在內(nèi)部，當對PWAS 激勵時，由于PWAS 的膨脹或收縮可導(dǎo)致材料面內(nèi)應(yīng)變并產(chǎn)生導(dǎo)波，接受導(dǎo)波的反射或折射信號實現(xiàn)缺陷的檢測［6］。在傳感器復(fù)合后盡可能不降低復(fù)合材料的完整性需求的牽引下，PWAS經(jīng)歷了從壓電陶瓷到壓電薄膜的發(fā)展過程。目前商業(yè)化的PWAS 以Acellent 科技公司開發(fā)的SMART Layer TM傳感器為主要代表，這是一種具有壓電晶片傳感器網(wǎng)絡(luò)的薄介電膜，可用于嵌入復(fù)合材料中或安裝于結(jié)構(gòu)表面上。資料顯示，PWAS是目前健康監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛和成熟的傳感器類型之一［7］。

光纖傳感器起源于20世紀70年代。按照功能和原理可以分為強度調(diào)制光纖傳感器、偏振調(diào)制光纖傳感器、相位調(diào)制光纖傳感器、光柵調(diào)制光纖傳感器（FBG）等四大類。

由于FBG具有制造簡單、可嵌入且容易實現(xiàn)復(fù)用的優(yōu)點，成為目前健康檢測領(lǐng)域研究和使用最為廣泛的光纖類傳感器［8］。FBG的一個典型應(yīng)用是不需要機械連接或耦合，僅需簡單的寫入技術(shù)就可以實現(xiàn)在同一光纖上寫入的多種不同光柵從而實現(xiàn)單獨尋址和復(fù)用技術(shù)。該技術(shù)具有良好的抗干擾能力，可以很容易轉(zhuǎn)換成晶體管-晶體管邏輯電路，從而實現(xiàn)傳感器的智能化。英國研究人員將兩個不同波長的光柵刻入同一位置，并分別進行干涉解調(diào)，最終制作出可采集應(yīng)力、應(yīng)變、溫度的FBG傳感器［9］。美國海軍研究實驗室則利用布里淵散射技術(shù)，結(jié)合光纖光柵特征，通過使用一根光纖在兩套解調(diào)系統(tǒng)分別干涉，獲得波長及頻率變化，從而實現(xiàn)對應(yīng)變以及溫度的同時測量［10］。國內(nèi)研究人員基于壓電-光纖傳感原理，研制了壓電-光纖綜合結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)不僅可對結(jié)構(gòu)抽釘?shù)娜笔崿F(xiàn)準確監(jiān)測，而且可以分辨所實驗結(jié)構(gòu)的4種抽釘缺失程度［11］。面對未來智能復(fù)合材料健康監(jiān)測要求，高靈敏度、多數(shù)據(jù)采集、易復(fù)合的傳感器仍是重要發(fā)展方向。

2 傳感器與復(fù)合材料的集成技術(shù)

傳感器與復(fù)合材料的復(fù)合是實現(xiàn)健康監(jiān)測的第一步。受傳感器尺寸效應(yīng)的影響，無論壓電式還是光纖類傳感器，在與復(fù)合材料集成的過程中都會改變復(fù)合材料的鋪層結(jié)構(gòu)甚至外形，這在一定程度上限制了復(fù)合材料的成型和完整性，極易造成局部分層、脫粘等缺陷，從而大大降低了結(jié)構(gòu)強度。韓國研究人員發(fā)現(xiàn)FBG 傳感器沿增強纖維方向埋入復(fù)合材料內(nèi)部時，材料性能基本上沒有變化；而當光纖的埋設(shè)方向與增強纖維方向垂直時，其性能變化明顯，壓縮強度最大減小至70%［12］。國內(nèi)研究機構(gòu)也發(fā)現(xiàn)，當傳感器垂直碳纖維方向植入復(fù)合材料內(nèi)部時，傳感器周邊的碳纖維發(fā)生形變，樹脂容易填入形變部分，造成樹脂淤積，此時對復(fù)合材料的性能有著較大影響；而當傳感器平行植入時，樹脂不會在光纖周圍聚集，不形成富樹脂區(qū)，此時植入的FBG 傳感器對復(fù)合材料的影響較?。?3］。另一方面，當光纖埋入到復(fù)合材料中，會在光纖與復(fù)合材料的界面處產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而影響光纖的傳輸性能，引起光纖損傷甚至光纖網(wǎng)絡(luò)整體性能的下降或失效。

由于光纖傳感器主要由SiO2組成，質(zhì)地脆弱、抗剪能力差，在后續(xù)植入和固化過程中很容易在剪切力的作用下受損并斷裂，造成傳感器耦合效率和成活率的降低。為了解決這一問題，國內(nèi)外的研究人員主要從盡可能減小植入光纖的直徑、增加光纖材料的韌性、合理規(guī)劃光纖植入時機和植入方向及保護工藝等方面入手以最大程度避免光纖處產(chǎn)生強應(yīng)力集中［14］。其中，研制聚合物光纖、合理布置光纖的走向并采用特氟龍（聚四氟乙烯）套管對光纖傳感器的尾纖進行保護就是相對有效的方式之一。

圖2［15］為研究人員總結(jié)的光纖傳感器與復(fù)合材料進行復(fù)合的工藝流程圖。按照該流程，在鋁合金內(nèi)膽復(fù)合氣瓶上進行光纖傳感器復(fù)合的現(xiàn)場見圖3。

圖2 光纖傳感器在復(fù)合材料試板上進行復(fù)合的流程Fig.2 Composite process of composite material integrated fiber optic sensor

圖3 復(fù)合光纖傳感器氣瓶的試驗現(xiàn)場Fig.3 Test of composite test tank with fiber optic sensor

分析認為，提高光纖傳感器的耦合效率、復(fù)合成活率以及光纖引出端連接強度及其保護已成為目前光纖類傳感器在智能健康監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用的重要研究方向。

3 復(fù)合材料狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

復(fù)合材料狀態(tài)監(jiān)測主要分為固化過程監(jiān)測以及服役過程監(jiān)測。復(fù)合材料的固化是通過熱、光、輻射或化學添加劑的作用，使樹脂體系發(fā)生不可逆的化學交聯(lián)反應(yīng)形成復(fù)合材料的過程［16］。在固化過程中產(chǎn)生的拉伸殘余應(yīng)力，是困擾成型后復(fù)合材料應(yīng)用的主要問題。殘余應(yīng)力會降低復(fù)合材料的強度和斷裂韌性，使基體產(chǎn)生裂紋，甚至脫粘。另外，殘余應(yīng)力還會引起復(fù)合材料部件的彎曲變形，從而給大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的組裝和形位精度控制帶來困難。研究表明，利用內(nèi)置傳感器的方式，可以實時監(jiān)測復(fù)合材料固化中應(yīng)力以及溫度的變化，幫助發(fā)現(xiàn)固化工藝中存在的問題，使工藝人員全面了解復(fù)合材料的固化特性，改進固化工藝，提高復(fù)合材料固化工藝水平及產(chǎn)品質(zhì)量。美國研究人員曾將干涉儀、光纖光柵傳感器和熱電偶同時植入碳纖維復(fù)合材料中，對固化過程中材料內(nèi)部的應(yīng)變和溫度變化進行了監(jiān)測，驗證了嵌入式光纖傳感器監(jiān)測復(fù)合材料固化過程的可行性和準確性［17］。美國國家宇航局（NASA）采用了光纖光柵傳感器對復(fù)合氣瓶固化的過程中的應(yīng)變進行試驗性檢測，單光柵傳感器和多光柵傳感器在固化和沖擊試驗前后的信號輸出變化情況如圖4所示。

圖4 FBG在復(fù)合氣瓶沖擊損傷前后的信號響應(yīng)Fig.4 Signals response of the FBG sensors composite cylinder before and after cure and impact

國內(nèi)的相關(guān)研究起步要晚一些，1997年至2000年間，東南大學對光纖傳感器監(jiān)測樹脂基復(fù)合材料的成型過程作了大量研究，研究人員在對復(fù)合了光纖傳感器的碳纖維面板進行固化時，利用FBG 傳感器對固化溫度和固化過程的應(yīng)變進行了監(jiān)測［18］。2007年哈爾濱工業(yè)大學利用FBG 傳感器開發(fā)的小型解調(diào)系統(tǒng)，通過無線信號傳輸數(shù)據(jù)，可測量復(fù)合材料壓力容器的溫度環(huán)境［19］。2012年，武漢理工大學在單向鋪層復(fù)合材料層合板上植入了FBG 傳感器，利用FBG 傳感器監(jiān)測了固化過程中復(fù)合材料板在不同厚度、不同纖維編織方向上的狀態(tài)變化，并計算出對應(yīng)的殘余應(yīng)力［20］。2018年山東大學在對復(fù)合了光纖傳感器的碳纖維面板進行固化時，利用FBG 傳感器對固化溫度和固化過程的應(yīng)變進行了監(jiān)測，給出了固化溫度的理論工藝曲線和利用FBG 傳感器的實測溫度變化曲線如圖5所示［21］。

圖5 復(fù)合材料面板固化工藝溫度理論和實測值曲線Fig.5 The theoretical and measured temperature curves of curing process for composite panels

復(fù)合材料服役過程中狀態(tài)檢測主要是對服役過程中復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的狀態(tài)進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)、識別、定位材料因會受到極端服役環(huán)境條件、沖擊、局部集中應(yīng)力等因素的影響，在材料內(nèi)部產(chǎn)生的不同程度損傷。復(fù)合材料服役過程中狀態(tài)監(jiān)測對于提升復(fù)合材料結(jié)構(gòu)服役可靠性、評估結(jié)構(gòu)使用壽命準確性具有十分重要的意義。2000年左右，NASA引入光纖光柵傳感技術(shù)，主要針對復(fù)合材料容器開展了部分光纖傳感器前期應(yīng)用研究工作。NASA 馬歇爾宇航中心率先使用表面粘貼的FBG 成功監(jiān)測了復(fù)合材料壓力容器的爆破過程，制作的智能復(fù)合氣瓶及爆破試如圖6所示，試驗分析認為，粘貼傳感器的膠黏劑韌性主要決定了光纖傳感器的使用壽命，而其他無損檢測結(jié)果（主要是聲發(fā)射定位結(jié)果）對于指導(dǎo)光纖傳感器的粘貼位置具有重要意義［22］。

圖6 智能復(fù)合氣瓶制作與爆破試驗監(jiān)測Fig.6 The production and blasting test site of intelligent composite gas cylinder

日本東京大學和NASA 相關(guān)人員隨后相繼開展了復(fù)合材料貯箱液氮低溫靜壓試驗過程的狀態(tài)監(jiān)測。監(jiān)測現(xiàn)場及實驗數(shù)據(jù)如圖7所示，通過在縮比的儲箱表面或內(nèi)部復(fù)合了大量光纖類傳感器，在與表面粘貼的電阻應(yīng)變片的測量結(jié)果進行一致性對比試驗中取得了良好的效果［23］。2014年，南京航空航天大學對飛機復(fù)合材料蒙皮的損傷過程進行了在線監(jiān)測，利用FBG 傳感器采集的數(shù)據(jù)分析得到蒙皮的失效載荷和順序，并通過仿真計算驗證了結(jié)果的準確性［24］。面向未來復(fù)合材料狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)需求，發(fā)展多數(shù)據(jù)融合監(jiān)測技術(shù)，提升數(shù)據(jù)準確性及可判讀性將是重要的發(fā)展方向。

圖7 復(fù)合了光纖傳感器的復(fù)合材料貯箱低溫破壞試驗在線監(jiān)測現(xiàn)場及實驗數(shù)據(jù)Fig.7 Monitoring site and experimental data of low temperature failure test of composite material tank with fiber optic sensors

4 復(fù)合材料損傷和失效表征技術(shù)

復(fù)合材料的拉伸疲勞損傷演化與損傷機制與疲勞應(yīng)力的大小直接相關(guān)，但受材料鋪層結(jié)構(gòu)的影響，材料中鋪層取向可能會改變損傷的演化使其復(fù)雜化，呈現(xiàn)出漸進損傷的主要特征。多層復(fù)合材料試樣在拉伸載荷作用下的損傷發(fā)展一般經(jīng)歷基體開裂、界面脫粘的裂紋耦合、分層、纖維斷裂、失效5個損傷發(fā)展階段［25］。目前，對于復(fù)合材料損傷及失效的表征技術(shù)主要有材料結(jié)構(gòu)剛度監(jiān)測、聲發(fā)射檢測等技術(shù)。

由于復(fù)合材料在不同損傷發(fā)展階段所表現(xiàn)的力學特性-剛度特性不同，因此獲得疲勞過程中復(fù)合材料剛度退化時表現(xiàn)出來的特征規(guī)律，就可以對材料損失進行評估，結(jié)合剩余剛度還可以獲得剩余疲勞壽命。但由于服役過程中的一些大型結(jié)構(gòu)、尤其是異型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的剛度無法進行準確測量，這也是以剛度作為疲勞壽命指征的監(jiān)測技術(shù)最大的難點。美國研究人員針對剛度衡量困難問題，提出了通過采集復(fù)合材料中Lamb 波的波速來表征材料剛度，由于產(chǎn)生的裂紋會對Lamb 波的波速產(chǎn)生影響，間接反映出整個結(jié)構(gòu)剛度變化，從而對結(jié)構(gòu)的疲勞損傷做出評估［26］。韓國研究人員采用遺傳算法，通過測量復(fù)合層板不同方向上多個模態(tài)Lamb 波的傳播速度，計算出了復(fù)合層板材料中的剛度系數(shù)［27］。國內(nèi)研究人員采用Lamb 波主動監(jiān)測技術(shù)，利用粘貼在復(fù)合材料板表面的壓電元件，初步實現(xiàn)了復(fù)合材料二維結(jié)構(gòu)的損傷定位［28］。這些研究均表明利用剛度退化模型，結(jié)合Lamb 波波速變化可以對復(fù)合材料構(gòu)件的疲勞進行評估，而對預(yù)測結(jié)構(gòu)的剩余壽命還需要進一步研究確認。

聲發(fā)射檢測技術(shù)因具有動態(tài)實時等特點在復(fù)合材料材料性能表征和結(jié)構(gòu)健康領(lǐng)域有大量的應(yīng)用，自20世紀80年代以來，國內(nèi)外很多學者對復(fù)合材料損傷模式的聲發(fā)射特征及損傷演化的階段進行了大量研究。國內(nèi)的航天材料及工藝研究所在對大量材料研究的基礎(chǔ)上獲得了多種規(guī)格復(fù)合材料的損傷特征及損傷階段信息。圖8給出了T700 碳纖維增強復(fù)合材料拉伸變形至斷裂過程聲發(fā)射計數(shù)曲線的變化趨勢與資料顯示的復(fù)合材料在疲勞過程的損傷變化趨勢，可以發(fā)現(xiàn)這兩個圖具有很強的相似性。說明聲發(fā)射結(jié)果的變化趨勢與材料損傷發(fā)展演化結(jié)果趨勢具有很強的相關(guān)性。

圖8 聲發(fā)射計數(shù)累積曲線與復(fù)合材料、金屬材料疲勞性能的對比Fig.8 Comparison of AE counting curves and fatigue performance of composite and mental material

2015年，航天材料及工藝研究所利用聲發(fā)射連續(xù)和斷續(xù)監(jiān)測技術(shù)對復(fù)合氣瓶疲勞失效過程進行了監(jiān)測［29］。試驗表明復(fù)合氣瓶在液壓疲勞失效過程中，聲發(fā)射信號主要來自氣瓶的金屬內(nèi)襯開裂、復(fù)合層基材損傷和界面損傷，疲勞過程幾乎不會出現(xiàn)明顯的纖維損傷。利用疲勞過程聲發(fā)射能量計數(shù)累積曲線的拐點可以將復(fù)合氣瓶疲勞至失效過程分為三個發(fā)展階段。當氣瓶進入第三個階段時，表明氣瓶的損傷已經(jīng)很嚴重，內(nèi)膽的密封功能已經(jīng)失效，臨近氣瓶的疲勞壽命終點。表1為航天材料及工藝研究所研究總結(jié)的部分牌號碳纖維增強復(fù)合材料聲發(fā)射損傷階段的劃分結(jié)果，

表1 碳纖維增強復(fù)合材料聲發(fā)射損傷階段的劃分Tab.1 Classification of C/C composite materials AE damage stages

綜合分析表明，損傷階段的劃分基本適用于所有復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的長期疲勞損傷行為，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)疲勞或服役過程中同步進行聲發(fā)射監(jiān)測，獲得損傷階段信息進而實現(xiàn)對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)疲勞壽命評估也是重要的技術(shù)途徑之一。

綜合分析認為，對碳纖維增強復(fù)合材料損傷的基本機制、積累、特征以及損傷容限概念的研究在材料級試驗層面已經(jīng)進行了40 多年，但是受材料自身性能和制備工藝等綜合影響，許多損傷發(fā)展的根本性問題特別是疲勞過程中復(fù)合材料損傷發(fā)展與宏觀損傷與應(yīng)力變化的相關(guān)關(guān)系問題仍然沒有找出準確的答案，復(fù)合材料真應(yīng)力損傷演化機制、典型損傷模態(tài)及損傷特征、損傷嚴重程度的量化評估與驗證仍然是制約復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)進行智能健康監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)難點。

5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由一些簡單元件（神經(jīng)元）及其層次組織的大規(guī)模并行連接構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)。它致力于按照生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的同樣方式處理真實世界的客觀事物。進入90年代，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究蓬勃發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于許多科學領(lǐng)域，如圖像識別、語音識別、信號處理、模式識別、運動進程控制、故障診斷、知識處理及基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能計算機的開發(fā)研究等。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有以下幾個基本特點：（l）分布式信息存儲；（2）大規(guī)模并行信息處理；（3）自學習、自組織、自適應(yīng)功能［30］。由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的許多優(yōu)勢對健康監(jiān)測大數(shù)據(jù)分析及模式識別具有強大的吸引力，因而兩者的結(jié)合為解決這一技術(shù)難題提供了一條重要技術(shù)途徑。1999年，航天材料及工藝研究所寬頻帶傳感器及線陣列方式對碳纖維增強復(fù)合材料各類模式試樣采集了波形及信號參數(shù)，在此基礎(chǔ)上利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對復(fù)合材料主要六類損傷聲發(fā)射信號進行了識別學習［31］。2014年，意大利米蘭理工大學利用對復(fù)合材料拉伸試驗過程中的聲發(fā)射信號進行分類，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學習，準確識別出不同的失效模式的聲發(fā)射信號［32］。2015年，中國工程物理研究院搭建了基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合材料低速沖擊定位系統(tǒng)，將傳感器接收信號時間差數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本的輸入、信號區(qū)域定位作為輸出，實現(xiàn)了對復(fù)合材料低速沖擊信號的定位［33］。

盡管國內(nèi)外許多學者借用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在復(fù)合材料損傷模式識別等方面取得了一定的成績，但在無損檢測工程化應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用尚未有重大突破。這與該技術(shù)在社會領(lǐng)域的應(yīng)用成就（人臉識別、大數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計等等）形成鮮明對比。研究表明：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自身的不完善、檢測領(lǐng)域典型損傷特征獲取困難、多數(shù)據(jù)分析中權(quán)重配比與復(fù)合材料損傷的關(guān)聯(lián)以及分析結(jié)果的驗證等四個方面是基于多數(shù)據(jù)融合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究及工程化應(yīng)用的主要障礙和技術(shù)難題。此外，檢測操作者的經(jīng)驗對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的成功率和有效率也有直接的影響，并且訓(xùn)練次數(shù)和數(shù)據(jù)的多少與網(wǎng)絡(luò)的容錯性和識別成功率成正比。因此，如何借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)處理多數(shù)據(jù)融合的健康監(jiān)測仍有諸多研究難題亟待攻克。

6 展望

航天復(fù)合材料智能結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是一門涉及材料、測控、力學、機械、信息通信等多個學科的前沿研究領(lǐng)域，與傳統(tǒng)無損檢測技術(shù)相比具有實時監(jiān)測和智能評估等優(yōu)點，是航空航天裝備試驗維修領(lǐng)域檢測技術(shù)研究發(fā)展的主要方向。研究認為，未來航天復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)智能健康監(jiān)測技術(shù)應(yīng)圍繞智能化這個核心，集中開展適用于航天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)特點的智能傳感器與集成技術(shù)、服役環(huán)境下疲勞損傷和失效機制表征技術(shù)、智能化復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造技術(shù)、智能健康監(jiān)測系統(tǒng)集成化技術(shù)、結(jié)合視覺識別的多數(shù)據(jù)融合智能分析與處理技術(shù)等技術(shù)研究，以實現(xiàn)為了可重復(fù)運載飛行器或長期運行飛行器大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性應(yīng)用目標。