中文摘要：

复合材料结构在土木、航天、军工等领域的应用日益增多，这催生了一个新的研究热点基于智能材料的复合材料结构健康诊断，其基本内涵包括结构特性传感技术和损伤检测理论与方法。现有工作多为基于压电陶瓷(PZT)和光纤布拉格光栅（FBG）的结构特性传感技术探讨，而对"损伤检测理论与方法"研究不够，这直接影响了有生命力的复合材料结构健康诊断技术的产生。针对该现状，对PZT驱动/FBG传感结合模式下的损伤检测关键理论与方法进行研究，拟建立复合材料梁（板）复杂损伤状况（多裂纹、多脱层、裂纹+脱层等）的解析振动模型及其数值解；建立PZT/FBG结合的复合材料结构关键区域损伤检测的基本理论与方法，及在PZT/FBG结合下，探索建立基于小波变换的复合材料结构非线性损伤检测方法。预期成果有益于提升现有"损伤检测理论与方法"的基本水平，可望为产生先进的复合材料结构健康诊断技术提供基础性支持。拟发表SCI文章5篇。

结论摘要：

压电陶瓷(PZT)、光纤布拉格光栅（FBG）、激光测振仪(SLV)等先进传感技术在机械、土木、航天、军工等多个领域的结构健康诊断中得到高度关注。基于这些先进传感设备，建立结构健康诊断系统的核心可归纳为结构动态特性传感技术和结构损伤检测理论与方法。目前，基于PZT和FBG的结构动态特性传感技术较多，而“结构损伤检测理论与方法”相对缺乏。二者的不平衡阻碍了有生命力结构健康诊断技术的产生。针对该现状，该项目拟探索PZT驱动/FBG传感模式下的结构损伤检测关键理论与方法。在项目执行初期，发现FBG仅能够量测低频（几百赫兹）振动响应，而梁/板结构的第四、五阶振动频率（损伤诊断常用频率）轻易可达千赫兹，说明基于FBG对梁/板进行振动损伤检测具有局限性。相比而言，SLV可量测兆赫兹级的振动响应，且具有比FBG更好的分布量测和噪声免疫能力。因此，项目执行中采用SLV代替FBG量测复合材料结构的振动响应。在项目开展过程中，取得的主要成果如下(i) 提出了悬臂梁在自由端集中荷载、均布荷载下的静态挠度、基频模态振型的损伤敏感性分析方法，为优化选取损伤特征量进行悬臂梁损伤检测提供了理论依据；(ii) 提出了复合材料梁脱层的非线性杂交优化损伤检测算法；(iii) 提出了PZT/SLV智能传感振动变形、2D高斯小波对振动变形进行奇异分析，检测复合材料板损伤的方法；(v) 提出了任意边界条件下裂纹梁的多尺度解析振动模型，据其建立了物理概念清晰的梁裂纹检测方法。高水平的物理模型试验有效地支撑了上述研究成果，并成为本项目的亮点与特色。在项目执行中，与国际先进实验室合作开展了多个高质量的物理模型试验。与已发表工作相关的试验有(i) PZT/SLV智能传感板的局部振动变形进行“X”形损伤检测试验；(ii) 激光切割制造梁脱层及梁脱层检测试验；(iii) 基于SLV/电磁激励的梁结构裂纹损伤检测试验。这些物理模型试验不但检验了项目中产生的理论与方法，支撑了高水平的研究成果，形成了丰富的试验资料库；而且在试验执行过程中，与合作单位行成了稳固、良好的合作关系。在理论、方法、试验的支持下，该项目已产出SCI文章6篇。