近期，機械色度系統(tǒng)（SHM）對復合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的研究非常熱門，該技術(shù)應(yīng)用于各種行業(yè)，如民用、風力和航空航天，以提高復合材料使用的安全性和結(jié)構(gòu)完整性。基于聚合物復合材料，機械色度系統(tǒng)（SHM）為復合材料提供了一種重量輕的傳感器易于視覺提示。本文綜述了機械變色用于復合材料結(jié)構(gòu)檢測的方法，并討論了該領(lǐng)域未來的發(fā)展前景。設(shè)計原則和主要基于物理和化學機制的前沿應(yīng)用，即基于染料填充材料、改性聚合物、結(jié)構(gòu)顏色材料和智能混合復合傳感器的機械變色。這些新興的傳感器創(chuàng)造了新一代用戶友好、廉價且無需額外電源的SHM檢測系統(tǒng)，保證了經(jīng)濟和技術(shù)優(yōu)勢將為創(chuàng)新、更安全、更輕的復合材料產(chǎn)品開辟新的領(lǐng)域，并顯著降低后期維護成本。

1.引言

纖維增強聚合物（FRP）復合材料廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)，如民用、航空航天、生物醫(yī)學、風力渦輪機、汽車、醫(yī)療等，適用于惡劣的使用條件，如溫度波動、濕度、強風、紫外線照射、腐蝕等。此外，玻璃和碳纖維增強聚合物（GFRP）和（CFRP）復合材料擁有優(yōu)異的抗沖擊和抗疲勞性能。例如，低速撞擊可能不會在表面上造成任何可視損傷，但有可能引起材料內(nèi)部損傷。這種內(nèi)部沖擊引起的損傷，通常稱為勉強可見的沖擊損傷（BVID），將可能導致嚴重的結(jié)構(gòu)損壞和意外故障。在這種情況下，無損檢測（NDE）技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到在大型關(guān)鍵結(jié)構(gòu)中，能夠檢測到需要維修或更換的區(qū)域。無損檢測方法通常用于損傷后分析，且費時費力。

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（SHM）可以代替無損檢測方法，其定義為利用傳感器陣列，實現(xiàn)觀察使用過程中的材料，以確定材料結(jié)構(gòu)健康的實時狀態(tài)。這些傳感器可以安裝在材料表面，也可以在復合材料制造中安裝在其內(nèi)部。 SHM系統(tǒng)相關(guān)研究文獻表明，不同SHM的組合必須使用不同的方法來確保對復雜的實際情況進行可靠的結(jié)構(gòu)監(jiān)測。超聲掃描是最常見的方法之一，在實驗室規(guī)模下此方法可以很精確的反應(yīng)材料結(jié)構(gòu)，但在實際生產(chǎn)中，其可靠性有待商榷。光纖傳感器也是一種常用的方法。但它們需要大量的布線，而且相當容易斷裂，并且在復合材料層壓板中結(jié)合時也會導致材料應(yīng)力集中。因此，開發(fā)新的SHM技術(shù)對于可靠和經(jīng)濟高效的監(jiān)測確保安全并延長其使用壽命意義重大。

自動反饋機械變色復合材料的反饋機制是通過可視的結(jié)構(gòu)完整性通過進一步保護部件或采取措施修復部件，可以做到及時響應(yīng)損壞。自動反饋機械變色技術(shù)優(yōu)于其他SHM技術(shù)的兩大優(yōu)勢是完全可以無線工作和無需數(shù)據(jù)采集。利用自動反饋機械變色技術(shù)可能會設(shè)計出新型傳統(tǒng)傳感器。例如，FRP已經(jīng)用作結(jié)構(gòu)或增強材料的復合材料可以被設(shè)計為既起到增強作用又起到SHM的作用，無需安裝額外的傳感器，或用含有熒光官能團的玻璃纖維可以是嵌入環(huán)氧樹脂中，用作指示器。

自動反饋是感知并反饋其自身狀態(tài)，如損壞、變形或溫度等各種刺激，如熱、壓電、機械或化學變化，而自動修復是在受損時自動恢復結(jié)構(gòu)完整性的能力。自動反饋和自我修復機制有可能實現(xiàn)新型智能材料的開發(fā)。智能復合材料可以是設(shè)計為自動反饋和自我修復的雙重功能，然而，本文的主要焦點是自動反饋特性。

自動反饋機械變色復合材料，代表在視覺檢查方法向前邁進，并且是一個跨學科的研究主題，最近的綜述對這一主題提供了不同的見解。然而，據(jù)我們所知，目前還沒有討論和比較最實用的機械變色設(shè)計和制造方法，考慮它們在不同工程結(jié)構(gòu)的SHM中的應(yīng)用潛力和在未來應(yīng)用的可能性。因為篇幅有限，本文的重點是探討自動反饋機械變色聚合物復合材料，當受到物理刺激時，改變其熒光或其他光學特征（吸收、發(fā)射、折射率等）。

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