金属结构具有设计成熟、易于加工和成本低廉等优点,广泛应用在航空航天、土木桥隧和其他众多工业领域,是最为常见且最为重要的结构之一。不管是港珠澳跨海大桥、上海中心大厦、“奋斗着号”全海深载人潜水器还是C919大型客机和未来的中国空间站,都能看到它们的身影。长久以来,金属结构的疲劳、腐蚀、载荷和工作环境的变化一直是造成结构失效故障的主要因素,严重制约了金属结构的服役寿命。为保障结构安全可靠,恢复其承载能力,延长其服役寿命,复合材料补片技术提供了一种有效的解决办法。复合材料修补技术中,修补结构的固化质量直接关系到结构的修复效率,为保障结构的修复强度符合设计要求,需使用技术手段对复合材料修补进行固化监测。常用的固化监测手段包括光学方法、超声方法、热学方法和电学方法,其中,光纤方法精度较高,可用于结构健康监测（Structural Health Monitoring,SHM）,但其受到应变和温度的双重影响,一般只能对单一参数进行监测,对于多参数需要进行温度补偿或应变隔离。超声方法结构简单,成本低廉,不仅可以监测到固化的关键点,还可以检测成品的机械性能。但其传感器尺寸较大,影响成品性能,在高温下的稳定性较差。热学方法结构设计简单,能监测固化过程的温度场、固化度和流动前沿,但其精度较低,无法用于SHM。电学方法中介电分析法（Dielectric Analysis,DEA）精度较高,监测物理量多,但其存在监测范围小,所需传感器数量较大,数据处理麻烦,无法用于SHM等局限性。本文发展了一种基于机电阻抗技术的复合材料补片固化监测方法,综合利用机电阻抗信号的变化并提取多个关键固化指标,通过试验验证这些关键固化指标相比于传统的固化指标具有更好的表征效果。由于本试验使用的试件较小,能最大化规避介电分析法的缺点,使用介电分析法可取得较好的固化曲线。为了证明试验结果,对同一个试件使用介电分析技术测得其固化曲线,与基于机电阻抗信号的关键固化指标曲线对比后取得了较强的一致性。在与DEA曲线进行精确比对后,能够通过机电阻抗关键固化指标曲线来判断固化反应的每个阶段,实现对复合材料补片修补结构的在线实时监测。本文主要工作内容如下:（1）对于典型的复合材料修补结构和修补方法进行统计分类,将实际工程应用中较为复杂的修补结构简化为复合材料补片-平整金属铝板结构;在实验环境下表征修补结构固化监测的特点,制作复合材料补片修补结构的试验件。（2）针对工程实际应用中可能的工况,可采用干法修理和湿法修理两种修理方式,为满足监测需求,选取了两种传感器布置方式。一种是将压电陶瓷粘贴在复合材料补片表面,另一种是将压电陶瓷焊接在智能夹层中嵌入结构中。两种传感器布设方式对应两种不同的复合材料补片修补技术,且均对结构性能的影响较小。（3）采集复合材料补片修补结构试件固化过程的机电阻抗信号,提取信号特征,并提出多个关键固化指标,处理之后的数据以表征信号与固化度和固化速率之间的关系。相较于常用的经典指标,提出的关键固化指标可以规避试验环境的局限,能够更有效地表征固化特点。（4）验证提出的基于机电阻抗的固化监测技术,针对复合材料和金属的胶接结构,制作合适的试件,使用机电阻抗方法（Electromechanical Impedance,EMI）和介电固化分析法（DEA）对同一个复合材料补片修补结构试件的固化工艺进行同步实时监测。通过验证试验表明机电阻抗方法的关键固化指标曲线与DEA试验的固化曲线具有一致性,能够有效实现实验室条件下复合材料修补结构固化工艺的实时监测。