航天智能复合材料的发展与应用.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI2010年第3期文章编号：】006—1630(2010)03—004006航天智能复合材料的发展与应用张晓岚(上海航天信息研究所，上海201109)摘要：介绍了智能复合材料的系统组成，以及传感器、致动器和控制器等实现的关键及其功能。讨论了航天结构健康监测，结构自适应、减振与自愈合，以及弹性记忆复合材料(EMC)的原理和典型应用。关键词：智能复合材料；系统组成；结构健康监测；结构自适应、减振和自愈合；弹性记忆中图分类号：v2s9文献标示码：ADevelopmentandApplicationofIntelligentComposit

2、eMaterialsinSpaceFlightZHANGXiao—lan(ShanghaiSpaceflightofInformationInstitute，Shanghai20l109，China)Abstract：Thesystemconfigurationofintelligentcomposite，andthekeyandfunctionofsensor，actuatorandcontrollerwereintroducedinthispaper．Theprincipleandtypicalapplicationofspacestructurehealthdete

3、cting，structureself-adapting，vibrationattenuation，self-healing，andelasticmemorycompositewerediscussed．Keywords：Intelligentcomposite；Systemconfiguration；Structurehealthdetecting；Structureself-adapting，vibrationattenuationandself-healing；Elasticmemory0引言智能复合材料是一类能感知环境变化，通过自我判断得出结论，并自主执行相应指令

4、的材料，仅能感知和判断但不能自主执行的材料也归入此范畴，通常称为机敏复合材料。智能复合材料由于具备了生命智能的三要素：感知功能(监测应力、应变、压力、温度、损伤)、判断决策功能(自我处理信息、判别原因、得出结论)和执行功能(损伤的自愈合和自我改变应力应变分布、结构阻尼、固有频率等结构特性)，集合了传感、控制和驱动功能，能适时感知和响应外界环境变化，作出判断，发出指令，并执行和完成动作，使材料具有类似生命的自检测、自诊断、自监控、自愈合及自适应能力，是复合材料技术的重要发展。它兼具结构材料和功能材料的双重特性，将使航天结构的性能产生巨大变化，对推动航天技术进步有重大意义，已

5、受到各国关注。近年来，国内外对智能复合材料进行了大量的航天应用研发，重点收疆日期：2008—0429；修回日期：2009—04—20作者简介：张晓岚(1972一)，女，高级工程师，主要从事航天情报分析。是结构健康监测、结构运行、自适应和振动抑制。为此，本文对航天智能复合材料的发展和应用进行了综述。1系统组成智能复合材料通常是在成型过程中，将传感材料、致动材料紧密地融合到预浸料铺层、湿片铺层、纤维铺放、纤维缠绕和树脂传递模塑(RTM)等复合材料上，同时通过与之集成的控制器，使复合材料在承受机械载荷的同时，能自诊断、自适应、自愈合，实现复合材料的智能功能。其关键是微电子技术、

6、计算机技术与材料科学的交叉应用。实现智能功能的关键是传感器、致动器和控制器。a)传感器包括光导纤维、压电陶瓷、压电薄膜和电阻应变丝等，其主要作用是感知外界环境的变化。其中：光导纤维主要用于测量微应变和传输光信息；压电材料有压电晶体、压电陶瓷和压电聚合物，因具有压电效应，在受应变时表面产生电荷，在施加电场时能产生应变，故既是传感器，又可作为致2010年第3期张晓岚：航天智能复合材料的发展与应用动器。b)致动器埋在复合材料中，在接受到激励能后可产生改变结构形状、刚度、位置、应力状态等动作。主要有记忆合金、压电材料、电流变现象和磁致伸缩等，要求性能稳定、响应快、易于控制和激励能

7、小。近年来，航天结构用电活化聚合物和导电聚合物致动器也在开发之中[1]。c)控制器功能是传递来自传感器的信息，处理、变换和识别这些信息，诊断、预测和作出决策，触发致动器以改变材料的响应特性E引。当前，智能复合材料在许多领域有广阔的应用，如机械装置噪声与振动的自我控制，飞机的智能蒙皮与自适应机翼，桥梁与高速公路等大型结构的自增强、自诊断、自愈合功能，以及智能纺织品等。2结构健康监测飞行器结构健康监测系统(SHMS)是将先进的传感／驱动网络集成在飞行器结构中，通过在线监测飞行过程中重要构件的应变(临界载荷)、振动模态(当裂纹与振动