基于印刷传感层电阻抗成像的复合材料结构损伤识别

郑一飞 严刚 郭树祥

摘要：本文提出通过丝网印刷技术，将石墨烯导电碳油墨以及银浆油墨印刷在复合材料结构表面形成智能传感层，对复合材料结构中的损伤进行监测和识别。采用准静态压痕的方式在复合材料结构中引入多个损伤，通过在印刷传感层的边界电极依次注入微小的电流，测量获得损伤前后传感层边界电压变化，重建损伤引起的电导率变化图像，从而提供有关损伤的信息。试验结果表明，该印刷传感层性能良好，重建的电导率变化图像能够较好地反映损伤的数量、位置和近似尺寸，为复合材料结构中损伤的定量监测和识别提供了一种有前景的应用技术。

关键词：复合材料结构；损伤监测和识别；印刷传感层；电阻抗成像

中图分类号：V241文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2020.04.011

基金项目：航空科学基金（2017ZA52005）；机械结构力学及控制国家重点实验室自主课题（MCMS-I-0218G01）；江苏高校优势学科建设工程资助项目

复合材料因比模量大、比强度高、抗疲劳性能好等优点，在航空领域得到广泛应用[1]。如波音787客机的复合材料用量达到结构重量（质量）的50%。但复合材料结构在长期使用中，不可避免会受到损伤，如不能及时发现，将导致灾难性后果。因此，应用结构健康监测系统及时获取损伤信息，对准确评估结构完整性、提高飞行安全具有重要意义[2]。

针对复合材料结构中的损伤，目前已经研制了很多类型的传感器，并发展了相应方法对其进行连续在线监测[3-4]。其中基于光纤传感器和应变、基于压电传感器和超声导波的结构健康监测技术被认为非常有应用前景，经过20多年研究已逐渐成熟并开始向实际结构应用转化[5-6]。……