碳纤维复合材料因其优异的综合性能在航空航天领域得到了广泛的应用。在飞行器复合材料结构设计制造过程中,为满足检验、运输和维修等需求,大型复合材料结构必须布置一定的工艺分离面,以便多个部件连接成一个整体。螺栓连接是最常见的飞行器复合材料结构连接方式之一,但螺栓连接结构的螺栓孔在受载时由于应力集中效应,极易产生孔边损伤,威胁结构安全。针对复合材料螺栓连接结构通常具有厚度大、孔边损伤形式复杂多样、传统检测/监测手段难以对损伤进行定量等特点,本文创新地设计了基于柔性电路板技术三种柔性涡流传感薄膜,通过将其粘贴在连接结构螺杆上,从而实现对复合材料螺栓连接结构不同形式孔边损伤的定量化监测。本文由易到难,从金属连接结构到碳纤维复合材料连接结构,对所提出涡流传感薄膜的进行了优化设计,并通过仿真分析和实验验证研究了柔性涡流传感薄膜在监测连接碳纤维复合材料连接结构孔边损伤问题上的可行性和有效性。主要研究工作包括:1.为监测复合材料连接结构孔边挤压破坏沿径向的扩展,设计了一种双矩形线圈空间结构的涡流传感薄膜,激励和接收线圈均为覆盖连接结构整个厚度的矩形线圈。有限元分析结果表明:在金属连接结构中,随着孔边径向裂纹(对涡流的作用与挤压破坏类似)的扩展,该传感薄膜接收线圈的感应电压增大;在复合材料连接结构中,随着孔边挤压破坏沿径向的扩展,接收线圈感应电压增大,但变化率相对较小。在实验室条件下搭建了金属连接结构孔边径向裂纹扩展监测系统和复合材料连接结构孔边挤压破坏扩展监测系统,分析传感薄膜对孔边损伤的监测效果,实验结果与有限元分析一致,验证了该涡流传感薄膜监测复合材料孔边挤压破坏沿径向扩展的可行性和有效性。2.为监测多层复合材料板连接结构孔边损伤沿轴向的扩展,设计了一种“单激励-多接收”的涡流阵列传感薄膜,激励线圈为覆盖连接结构整个厚度的矩形线圈,接收线圈为沿厚度方向均匀分布的多个矩形线圈组成的阵列。有限元仿真结果表明,作为接收的矩形阵列中的一个接收线圈仅对该线圈对应的轴向位置的孔边损伤敏感,而对其他轴向位置的孔边损伤不敏感。实验中将该线圈用于监测多层复合材料板的每一层的损伤状况,结果表明,当且仅当一个接收线圈所对应轴向位置的复合材料板孔边出现损伤时,该接收线圈的感应电压才会发生变化,验证了该涡流阵列传感薄膜监测复合材料孔边损伤轴向位置的可行性和有效性。3.针对复合材料连接结构孔边分层损伤,本文探索性设计了一种多矩形线圈沿孔周向串联形成的涡流传感薄膜,其主体导线的走线方向沿螺杆轴向,产生的涡流将受到孔边分层损伤的影响。有限元分析结果表明,其接收线圈的感应电压会随分层损伤的扩展而略有增加,理论上可实现对复合材料连接结构的孔边分层损伤监测。但还有待于进一步实验验证。本文的研究成果对定量化监测复合材料螺栓连接结构孔边损伤的扩展具有重要的学术价值,可以为保证飞行器复合材料连接结构的安全、避免由于连接结构失效而引起的重大安全事故提供有效的监测方法和技术手段。