复合材料具有比强度高、比刚度高和性能可设计等优点,使得飞行器结构复合材料化成为了现代飞行器的发展趋势,是飞行器先进性的重要标志。相比于金属材料,复合材料的抗撞击性能差。并且飞行器复合材料结构在制造、服役和维修过程中可能会遭受到不同类型的外部撞击(如工具掉落、冰雹撞击、鸟撞等),这些外部撞击均可能使复合材料结构产生目不可检的内部损伤。如果这些损伤在初期不能被使用者与维护者及时检测出来,将会导致复合材料结构承载能力降低,严重时甚至会引起结构突发性破坏,造成结构失效。因此,为了提高复合材料结构的安全性、可靠性和服役寿命以及降低维修费用,需要对复合材料飞行器进行在线、实时的结构撞击监测。本文以课题组承担的某飞行器复合材料尾翼力热耦合地面试验健康监测课题为研究背景,构建了可模拟飞行器复合材料尾翼典型结构的加筋复合材料及其相应的撞击监测系统,提出一种基于实例推理的复合材料外部撞击载荷识别方法与技术,并进行了相应的试验验证。本文的主要研究工作如下:(1)分析对比了现有撞击载荷识别方法及优缺点,借鉴实例推理的基本原理,类比设计了基于实例推理的撞击载荷识别方法,并构建了相应的工作流程。根据所承担的课题研究需要,设计和制造了加筋复合材料层合板,制作了可耐高达150℃的压电智能层,并对压电智能层在高温环境下的应用稳定性进行了验证,最后搭建了基于压电智能层的复合材料结构撞击监测平台。(2)研究了外部撞击产生的应力波在加筋复合材料层合板中的传播特性,重点分析了不同弹性模量撞击物产生的应力波的信号特征、应力波在加筋板不同方向上的衰减特性和信号能量与撞击能量的关系。实验结果表明,弹性模量越大的撞击物,其高频分量越多;应力波在平行于和垂直于加筋上传播衰减特性具有差异性;撞击高度与信号能量之间、信号能量与撞击能量之间均成正比关系。(3)较为系统地研究了基于实例推理的撞击识别技术中的撞击实例单元构造和表示方法,重点研究了撞击实例单元分量的特征量类型和特征量数目、传感器网络对撞击实例单元相似度的影响。通过对比由不同特征量构建相同位置下的各实例单元间相关系数,选择了去均值归一化后的波形特征作为构建撞击位置分量的特征量,选择了全局信号能量作为构建撞击能量分量的特征量。构建了三种基于不同传感器网络的撞击实例库,并通过对比这三种撞击实例库中各实例单元间相关系数的均值和方差选择出了三种撞击实例库中各实例单元间差异性较大的传感器网络。(4)运用最近邻算法对加筋复合材料层合板上任意十个点的不同高度撞击实验数据进行基于实例推理的撞击载荷识别研究。撞击位置识别结果表明,基于实例推理的撞击载荷识别方法具有较好的识别结果。撞击能量识别结果表明,不论撞击点是发生在加强筋区域还是非加强筋区域,只要通过采用基于实例推理的识别方法得到的最相关交叉点也在同区域,其撞击能量识别误差均在可接受范围内。