MORPHO推动结构预测、健康监测和复合材料制造效率的提高

欧盟资助的MORPHO项目于 2021 年 4 月启动，并于 2025 年 1 月正式结束，成功实现了结构预测和健康监测 (SPHM)、制造优化和复合材料回收方面的进步。利用实时监控、智能控制系统和创新回收技术，MORPHO 联盟重新定义了行业如何处理结构完整性、生产效率和环境责任。

这些成就的核心在于开发具有嵌入式生命周期管理系统的智能航空部件。据报道，这些创新集成了先进的传感技术，用于实时监控并解决报废 (EOL) 可持续性挑战，支持全球提高资源效率和减少环境影响的努力。

“将光纤布拉格光栅 [FBG] 传感器和印刷压电换能器与创新回收技术相结合，是航空航天制造业向前迈出的重要一步，”Arts et Métiers 理工学院和 MORPHO 项目协调员 Nazih Mechbal 表示。“这项工作不仅确保了运行过程中性能和监控的提高，还确保了材料回收和再利用的可持续途径。”

航空航天部件的 SPHM 框架

MORPHO 项目引入了一种基于 AI 的新型 SPHM 框架，专门针对风扇叶片等发动机部件。该方法集成了低频疲劳测试、先进的传感技术和深度学习架构，可根据应变和导波数据预测刚度退化和剩余使用寿命 (RUL)。

据报道，一个涉及受到循环载荷的异物损坏 (FOD) 面板的案例研究显示出了卓越的准确性。对于刚度减少，所有折叠的平均指标包括均方误差 (MSE) 为 8.63、均方根误差 (RMSE) 为 2.58 和平均绝对百分比误差 (MAPE) 为 1.87%。同时，考虑到 EOL 中 FOD 面板的整体刚度减少 1%，RUL 估计指标实现了 4192.3 的 MSE、63.41 的 RMSE 和 14.57% 的 MAPE。

这些进步实现了近乎实时的结构完整性评估，为基于条件的航空航天部件维护模式铺平了道路。

智能RTM工艺优化

MORPHO 项目还推动了碳纤维增强聚合物 (CFRP) 的树脂传递模塑 (RTM) 技术的发展。通过使用介电传感器和实时数据分析，该团队成功将固化周期缩短了 20%，相当于标准周期缩短了 50 分钟。这是通过开发坚固耐用的传感器实现的，该传感器能够在工业条件下监测树脂到达、粘度和固化情况。

除此之外，在线软件系统还提供了对粘度和玻璃化转变温度 (T g )的精确实时监控，从而优化了循环验证。这些循环集成了实时数据，以提高效率和零件质量。 

传感器技术与实时监控

FBG 传感器和印刷压电传感器嵌入在发动机部件（如 FOD 面板）中，展示了它们在制造和运行过程中实时监测应变、应力和损坏的能力。这些传感器能够在 RTM 过程中实现精确的树脂流量监测，有助于进行结构健康监测 (SHM) 以确保长期的部件完整性，并且集成时不会影响结构强度，凸显了它们的工业可行性。印刷压电和温度传感器展现出更广泛应用的潜力，包括检测冲击损坏和监测其他无法接近区域的温度变化。

通过回收和激光冲击拆卸实现可持续发展

MORPHO 还通过开发激光冲击分解和热解技术来回收 CFRP 材料，从而推动了可持续制造的发展。这些努力使得碳纤维的回收机械性能下降不到 10%，并成功将回收工艺扩展到接近工业水平。这些成就凸显了该项目对环境管理的承诺，同时解决了与复合材料生产相关的挑战。

混合双胞胎：实时仿真和制造洞察

MORPHO 项目最先进的创新之一是其用于 RTM 工艺的混合孪生技术，它将高保真物理模拟与实时数据无缝结合。该系统已展示出最佳功能，包括在不到 1 毫秒的时间内以小于 1% 的 MSE 实现对树脂流动和固化的高精度预测。此外，混合孪生技术能够实时识别编织预制件中的局部渗透性，从而显著增强生产过程中的质量控制。通过整合这种先进的方法，MORPHO 能够在整个制造过程中进行精确的数据驱动调整，从而提高生产率、改善组件质量并减少浪费。