復合材料的最新發展迫切需要建模和模擬架構，這些架構可以表示復合材料的多尺度、多物理和高度不均勻行為。該綜述對現代建模方法進行了全面和綜合的評估，包括分析表達式、數值尺度、原子和中尺度模型、宏觀尺度結構建模以及開發基于人工智能的方法。這項工作比較并批判性地分析了這些方法的基本假設、預測能力、計算需求和尺度特定的約束，而不是目前單獨考慮這些方法的審查。機器學習、物理信息神經網絡和數字孿生技術領域的最新進展得到了特別關注，并被稱為有助于提高均勻化速度、允許不確定性感知預測和提供實時結構評估的因素。該審查還報告了重大的研究差距，如缺乏微觀結構數據、界面表征、數據驅動模型可泛化性的有限數據，以及缺乏允許創建完全預測復合材料模擬模型的通用驗證協議。

這篇綜述提供了關于混合物理數據建模、自動化多尺度工作流和由數字孿生兄弟實現的預測系統的戰略方向。總體而言，這項工作為高性能復合材料的下一代建模和模擬技術的發展提供了一個總結的、關鍵的和未來的觀點。

圖形摘要

該圖形摘要展示了復合材料的分層建?？蚣?，涵蓋原子、介觀和宏觀尺度。它突出了基于物理的數值模擬（如分子動力學、細觀力學和有限元分析）與新型數據驅動算法（如機器學習和數字孿生）的結合，以預測不同長度尺度下的復合材料行為。

1.引言

航空航天、汽車、船舶、能源和生物醫學部門對輕質、高強度、熱穩定和多功能材料的需求不斷增加，這將使復合材料在高度先進的工程背景下占據核心地位。它們集成兩個或更多不同相（通常是基體和增強）的特殊能力允許定制的機械和功能特性優于傳統的整體材料。隨著納米復合材料、生物基復合材料和混合纖維結構成為現實，材料設計空間變得越來越復雜，需要強大的建?？蚣軄聿蹲轿⒂^結構相互作用、非線性變形行為和變化的損傷行為。

隨著復合材料結構進入高性能領域，建模和模擬現在在最大限度地降低實驗成本、優化材料設計、預測結構在最極端條件下的行為以及確認結構完整性的過程中至關重要。雖然適用于預測的早期階段，但傳統的分析和半經驗模型在描述更復雜的現代復合材料的微觀結構不均勻性時通常是不夠的。通過有限元分析（FEA-finite element analysis）、有限體積問題（FVM- finite volume problems）、代表性體積元（RVE-representative volume element）建模和相場模擬等數值和計算技術，可以進行更真實的多物理和多尺度分析。最近，機器學習、人工智能和數字孿生技術進一步徹底改變了預測建模，使數據優化成為數據驅動、物理信息學習、不確定性量化和實時監控。

盡管這一情況有所改善，但仍存在重大挑戰。微觀結構、缺陷和制造相關缺陷的不確定性往往會限制建模精度。高保真多尺度模擬的計算成本很高，而且成本迅速增加。此外，就模型在各種復合體系結構中的可泛化性而言，它還沒有很好地建立。因此，必須評估最先進的建模策略、挑戰和未來的研究趨勢，以領導下一代復合材料設計。

本綜述旨在（i）總結復合材料建模和模擬的最新趨勢，（ii）比較分析、數值、人工智能驅動和混合模型，（iii）討論新興的復合材料系統，如納米復合材料、生物基和智能復合材料，（iv）指出可信、可擴展和智能復合建模模型的未來預測。

1.1本綜述的范圍和新貢獻

該綜述通過在單個多尺度框架內統一分析、數值、原子、中尺度、宏觀尺度和人工智能驅動的建模方法，提供了獨特的貢獻—這在以前的工作中很少實現。它提供了這些方法的關鍵比較，強調了它們的能力、局限性和與規模相關的適用性。該綜述還綜合了機器學習、物理信息神經網絡和數字孿生技術的新發展，介紹了它們在下一代復合材料模擬中的作用。此外，它還確定了主要的研究差距，包括微觀結構數據挑戰、高計算成本和數據驅動模型的有限通用性。最后，該工作提出了混合物理的前瞻性路線圖—數據建模、自動多尺度管道和基于實時數字的雙基礎評估，為推進復合材料建模建立了一個全面和面向未來的視角。

2.復合材料的分類和關鍵特征

在這篇綜述的范圍內，復合材料建模是按物理長度尺度分類的，而不是按數值離散化或數值尺度分類的。原子尺度與納米尺度的物理狀態有關，通常使用原子模擬方法（如分子動力學）對其進行研究，其中確定了原子間相互作用、界面鍵和納米尺度過程。介觀尺度是物理結構的中間層次，如纖維結構、基體不均勻性和損傷進展，通常使用細觀力學理論和代表性體積元（RVE-representative volume elements）進行分析。宏觀尺度與部件和結構水平的行為有關，但使用連續介質理論的數值技術，包括有限元分析。因此，本文中的物理建模區域被稱為原子尺度和介觀尺度，并且數值方法（例如，FEM、FVM、MD）被用作這些區域內的工具，并且不用作尺度定義。

材料被認為是每個工業部門的基本組成部分。合金、復合材料和純金屬是制造業使用的材料之一。如此多的研究是為了將新產品帶到世界的不同地區，這一事實有助于解釋物體在現代世界中的重要性。復合材料正在改變今天的所有材料工程。復合材料已經取代純金屬作為首選材料，因為它們無法滿足當代產品的需求。如今，復合材料產品廣泛用于經典和非傳統的生產方法。由于該材料具有非常高的比電阻、強的吸收能力和相當大的比模量等有前途的特性，它得到了顯著的改進。纖維在20世紀40年代被用作增強材料，以開發第一種復合材料。

復合材料是由兩種或多種成分組成的多相物質，每種成分都具有獨特的特性。利用產生的新材料和改進材料的可能性使生產者能夠降低價格，提高生產率，并更好地利用現有資源。如今，復合材料被越來越多地用于工程應用，包括裝甲、航空航天和汽車。

2.1 復合材料類型

與傳統材料相比，復合材料由于其優越的質量和眾多的優點，可以在廣泛的工業中使用。近年來，MMC、PMC和CMC在幾個技術學科中的使用和開發更加頻繁。各種加工方法的發展，新技術的引入，以及研究活動的增加，使復合材料具有更好的質量，可用于工程應用中的理想材料。作為復合材料的基體結構，通常選擇各種金屬，特別是低密度金屬或合金。

2.1.1 聚合物基復合材料（PMC）

纖維增強復合材料中的樹脂有時被稱為“聚合物”。所有聚合物的一個基本特征是它們具有包含重復單元的長鏈結構。合成樹脂或簡稱“樹脂”是常用于描述人造聚合物的術語。這兩種類型的聚合物是“熱塑性”和“熱固性”，這取決于熱量如何轉化其特性。像金屬被加熱時，熱塑性塑料開始降解并最終熔化。材料的性能在熔化和軟化過程的任何階段都不受影響，這一過程根據需要經常重復。盡管使用ABS等熱塑性塑料通常是這種情況，但尼龍和聚乙烯等塑料可以補充玻璃等短纖維。高速加工、安全保證和節能要求保持了增長勢頭，這導致復合材料在許多行業的使用擴大。

在現代，纖維增強聚合物（FRP），特別是碳纖維增強塑料（CFRP），是化學、運輸和航空航天工業中最常用的復合材料。其特點包括耐用性、高比強度、出色的設計靈活性、大比模量和優異的耐腐蝕性。大型飛機現在主要使用碳纖維增強聚合物作為其結構部件，結束了選擇基于鋁合金材料的時代。實際上，汽車和航空航天部門由于其強度大、重量輕而廣泛使用PMC-Polymer Matrix Composites。此外，它還用于海洋應用、建筑材料和運動項目。

2.1.2 金屬基復合材料（MMC）

金屬基復合材料（MMC-Metal Matrix Composites）由通常由金屬制成的基體相和一個或多個增強相組成。在這類材料提供的許多優點中，有以下某些特定特性的改進，如導電性、抗磨性、生物相容性、催化活性等。在金屬基復合材料中，降低溫度熱膨脹系數（CTE-Coefficient of expansion under heat），這最大限度地減少了溫度對每個部件的影響，同時允許熱循環；以及抗蠕強度的增加，這導致了高性能的熱機械結構。

基于基體和增強，復合材料可分為兩個主要類別。傳統上，使用基于增強的劃分來識別MMC的類型，例如用短而連續的纖維（例如纖維和晶須）增強的顆粒和復合材料。在MMC中，顆粒是最廣泛使用的增強體，因為它們易于加工。由于其高強度、高韌性、缺乏密度、低CTE和其他特性，陶瓷顆粒是其他材料中最廣泛使用的增強材料。通常，金屬基復合材料的常規性能是優異的抗磨減摩性能、優異的熱導率和電導率、高韌性和沖擊性能、超機械性、減少磨損的輕質材料、良好的強度和特定的剛度、低密度和高強度。通常，MMC用于高強度、耐久性和耐熱性至關重要的發動機部件，如排氣系統和燃燒室部件。它為承受機械應力和高溫的航空航天結構元件（如航天器和飛機中的元件）提供了堅固、輕便的解決方案。

2.1.3 陶瓷基復合材料（CMC）

幾十年來，陶瓷基復合材料（CMC- Ceramic Matrix Composites）等材料一直是各種情況下研究和測試的主題。它們被稱為陶瓷和復合材料的子集。為了管理和解決其他廣泛使用的陶瓷（包括碳化硅、氧化鋁、氮化硅、氮化鋁和氧化鋯）的問題，創建了陶瓷復合材料。當機械和熱機械壓力施加到這種陶瓷上時，它們很容易斷裂，露出劃痕和裂縫。由于近年來多股陶瓷纖維復合的進步，其表現出抗開裂、拉伸和熱沖擊性，因此在制造、航空航天、汽車行業的其他應用成為可能。部件的組合已被用于航空航天應用，因為它增加了集成材料系統的斷裂能力，使零件對惡劣環境更有彈性，增加了基體的強度和楊氏模量，并且比替代的、更傳統的結構更輕。有許多不同的行業使用CMC。在為給定應用選擇材料時，主要考慮的是其機械和熱特性。

復合材料，特別是CMC，是由于其基礎基體和加固組合的性質，可以承受極高溫度和機械載荷的材料?？紤]到這一點，近年來，航空航天發動機行業已經開始將CMC組件集成到發動機的熱區和冷區，如圖1所示。

圖1. 燃氣渦輪發動機陶瓷基復合材料部件示意圖

2.1.4 結構和功能復合材料

材料結構的發展和創造一直是人類文明進步的一部分。自古以來，具有專門用途的結構材料的主要應用是橋梁、住宅、汽車和工業制造的建造。早期，復合材料的性能發展受到限制，因為其部件尺寸大，結構材料復雜性低，以及原始的制備技術。由于合成和控制技術的局限性，過去幾十年的大部分應用研究集中在基本結構復合材料。這些輕質、高機械結構復合材料的設計和制造主要基于基本力學。與其他類型的材料相比，先進的建筑材料不僅提供了優越的機械質量，而且以合理、實用和環保的方式取得了進步。

隨著制備技術的進步，結構復合材料具有各種能力和良好的機械性能，包括高耐久性和強度復合材料、用于自我修復和傳感的智能材料、用于自清潔和藥物管理的功能材料等。實際上，傳統的復合材料可以通過增加不同的加強件和增強劑或改變其成分來具有特定的質量?？茖W家和研究人員仍然很難創造具有許多結構目的的實用復合材料。裂紋剛度、耐久性、延展性、彈性、耐熱性和能量吸收是功能復合材料中應存在的最關鍵的結構特征。當創造輕質材料時，最關鍵的設計因素之一是復合材料的重量。

2.1.5 天然與合成復合材料

創造下一代復合材料的巨大靈感來源是自然。數千年來，自然已經開發了制造各種材料的有效方法。這些材料結合了多功能性，包括自修復、適應和傳感等能力，具有顯著的機械、熱和光學特性。出于包括飲食、捕食者防御和結構支持在內的目的，生物體依賴于這些結構。由于自然界只有少數幾個基本部件和構件材料可供使用，因此材料質量和功能的多樣性是驚人的。因此，可用于建造其建筑物的天然成分材料的范圍略小。

如今，許多具有高強度或高韌性的合成材料部件都可以用它來制造。因此，通過研究和理解合成與結構以及活性材料的結構與性能之間的聯系，我們可以獲得知識，這些知識將幫助我們高效地創造未來的高性能復合材料。另一方面，合成復合材料是纖維增強復合材料結構中極其重要的材料類型，其需求在全球范圍內不斷增長。由于其優越的質量，隨著對輕質和獨特復合材料需求的增加，合成材料變得越來越必要。

天然和合成復合材料相互直接競爭。盡管如此，陶瓷紡織品、碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維和聚合物纖維等合成復合材料在過去20年中引起了特別的興趣。由于其高強度和穩定性，這些纖維經常用于制造用于汽車和航空航天環境的復雜復合材料。天然復合材料和合成復合材料之間存在差異。如表1所示。

表1. 天然和合成復合材料之間的關鍵區別。

2.2 關鍵屬性

組成材料的類型、特征、含量和分布，如纖維的表面化學和物理狀態、基體的結構和特性，以及纖維·的配置、分布和體積，都會影響復合材料的性能。環境因素、復合工藝和復合材料制造都會影響其特性。元素的性質、它們的分布及其相互作用，無論是化學的還是物理的，都與復合材料的質量有關。復合材料的特性可以通過實驗來確定。數學模型也可用于檢查各種單向復合材料的縱向特性。

2.2.1.機械性能

近年來，復合材料的使用已經增長，這種材料被設計成非常耐用的工程應用。由于它們是不對稱和非均勻的，因此必須以不同于金屬的方式考慮它們的機械和物理特性。為金屬合金設計的特定應用隨機制造金屬合金的能力是其最顯著的優勢。這一特性主要與復合材料的特性有關。實際上，它們至少由兩個獨立的階段組成，這兩個階段共同產生最終的特征：基質和加固。與金屬材料相比，層壓板的損傷過程對復合材料的“部件”有顯著影響，這些部件在宏觀水平上彼此分離。當與輕質和高強度的結構優化相結合時，可以成功地利用控制這些類型的復合材料結構中的纖維排列來創建具有方向相關特征的獨特材料。

與純熱塑性材料相比，熱塑性樹脂基復合材料表現出更好的特性。然而，這些復合材料的機械和熱性能受到熱性能以及使用溫度的限制。由于纖維增強材料和熱塑性基體之間的附著力差而導致的低強度限制了機械性能。熱固性基體復合材料中的強纖維和基體界面促進了聚合物樹脂和纖維之間的載荷傳遞，增加了復合材料的強度。

2.2.2 功能特性

復合材料現在在許多不同的領域都是必不可少的，并且對日常生活至關重要。然而，它們固有的低導熱性帶來了一個重大障礙，促使填充增強型導熱復合材料的產生。通過添加諸如二氧化鋁（Al2O3）、氮化鋁（AlN）、鋁（Al）、金屬鋅（Zn）、二氧化鋅（ZnO2）、氮化鎢、石墨烯碳化硅、碳納米管和碳納米纖維等高溫導電天然存在的填充物，成功地增強了這些材料的熱特性。試驗和誤差試驗是最大限度地提高復合材料熱傳導的傳統方法的支柱。然而，使用理論模型來預測精確的熱導率已被證明是一種更實用和更經濟的選擇，大大簡化了設計和制造過程。近年來，現代復合材料在交通和民用建筑中的使用有所增加。

當談到阻尼能力時，復合材料的主要特征是它們能夠將具有不同彈性和阻尼特性的部件（復合相）組合成單個企業集團，這一點以出現為標志。復合材料的對稱性甚至各向異性是另一個關鍵特征。與材料及其合金相比，復合材料具有優越的耗散特性，其對數阻尼衰減比金屬高幾個數量級。除其他外，阻尼與材料的阻尼能力相關，這可能是很難確定的。研究了建筑空氣動力學穩定性與復合材料阻尼的關系。

2.2.3 微觀結構參數

通常，復合材料是通過將兩種或多種具有不同質量的材料組合而成的，以創造一種具有優于原始材料的質量的新材料。其中，由嵌入聚合物基質中的具有優異機械質量的纖維組成的纖維材料特別有趣。玻璃、碳、玄武巖和劍麻和大麻等天然纖維都可以用作增強纖維。

纖維在整個基體中的取向和排列對這些復合材料的機械性能有顯著影響。改變材料質量以滿足各種需求的能力是復合材料的眾多優點之一。纖維的最終結構直接影響復合材料的機械特性，因為它在某種程度上取決于其壓縮行為。最高可能的壓縮壓力和永久變形隨著纖維體積百分比的增加而增加，但應力松弛的比例量下降。眾所周知，各種參數，包括體積變化、每個成分的應力-應變行為、相之間的幾何排列，特別是界面特性，都會影響非均勻纖維增強聚合物復合材料的宏觀行為。纖維可作為浸漬基體聚合物的定向組裝體或作為纖維氈用于復合材料中。

纖維體積比是影響纖維增強聚合物復合材料力學特性的關鍵因素之一。復合材料將幾個組成相與適當的微觀結構結合起來，以實現必要的質量，代表了最顯著的進步。為了提供整體材料無法提供的特征，陶瓷復合材料通常由兩個或多個不同的陶瓷相在微觀結構尺度上連接而成。復合材料的加工受到其微觀結構和晶粒分布的顯著影響。進行微機械加工的普通工程材料的晶粒尺寸在100之間?nm和100μm。供給速率值和工具邊緣半徑或圓度通常被認為在數百納米到幾微米的各種范圍內，這也相當于晶體晶粒尺寸。因此，復合材料的整體晶體學結構、晶粒尺寸和分布的影響對于微機械加工至關重要。

2.3 新出現的趨勢

最迷人和迅速擴大的研究領域之一是納米復合材料，在該領域，不斷發現以前在單個部件中沒有認識到的新材料和獨特特征。航空航天、汽車、電子、整形外科植入物、非線性光學技術、機械增強輕質材料、探測器、納米線、電池、生物陶瓷、能量轉換和許多其他智能系統只是納米復合材料許多新用途中的一小部分。當今最迷人的研究領域是納米技術和納米科學。石墨烯是一種無與倫比的形態2-D碳物質，通過提供受控的功能構件，在納米材料文明中創造了巨大的財富。此外，石墨烯的物理、電氣和光學特性使其成為各種應用的可行選擇，包括太陽能轉換和電化學能源設備。除了通過各種過程生產燃料外，例如將白天轉化為電能，以及通過光催化分解減少大氣中的二氧化碳和水而產生的碳氫化合物生產燃料，納米復合材料還可以將環境中發現的有毒化學物質分解成環境響應成分。

由于其在光熱治療、太陽能收集和光熱成像方面的潛在用途，光熱材料越來越受到關注。研究摻雜和未摻雜的納米顆粒和納米復合材料，其中摻雜材料和納米復合物在能量收集目的上表現出顯著的用途，是生產用于能量收集應用的太陽能電池過程的一部分。為了克服這些障礙，需要新的技術和配置來提高石墨烯的性能和特性。納米復合材料在上述應用中的使用無疑是一項新的努力，表明未來的重大研究工作。在制造納米復合材料時，保持石墨烯的特殊物理特性是挑戰之一。圖2是關于傳統材料制造向復合材料制造趨勢的轉變。

圖2. 傳統材向復合材料制造趨勢的轉變

2.3.1 納米復合材料

在納米復合材料中，存在一些納米填料，由于其有利的結構和功能特性，碳質納米填料，如石墨烯及其衍生物，包括碳納米管（CNT-carbon nanotubes），因其相當大的潛力而被承認。這些材料在各種應用中都是有吸引力的選擇，因為它們具有特殊的質量，包括高展弦比、驚人的韌性以及特殊的導電性和導熱性。納米填料的性質，其在聚合物基體中的有效分散，納米填料與聚合物基體之間的相互作用，以及納米填料在基體中的排列，都是影響聚合物納米復合材料（PNC-polymer nanocomposites）發展的重要因素。

另一方面，作為一種二維（2D）碳原子的單片，石墨烯是迄今為止發現的最堅硬和最強的納米材料。層之間由范德華引起的弱相互作用是導致楊氏模量和強度隨板數增加而略有下降的原因。由于其特殊的性質，石墨烯被廣泛用作聚合物復合材料的增強體。由于空位和Stone Wales缺陷的存在，2D材料可以具有相當不同的特性。由于其易獲取性，石墨烯納米片（GNP）、氧化石墨烯（GO）、還原氧化石墨烯（rGO）以及更近期的石墨納米帶（GNR）均被廣泛研究。

2.3.2 生物基復合材料

如今，回收不可生物降解材料的關鍵問題最近引起了全球對生物材料生產的興趣，特別強調可生物降解和可再生原材料。這是因為使用通常由玻璃、碳或芳綸纖維在環氧樹脂、聚酯等中分散而產生的傳統聚合物復合材料被認為是環境健康下降的主要因素。

因此，制造使用生物纖維作為增強部件的生物復合材料以滿足各種需求。由于其低成本和可生物降解的性質，這些天然纖維科學家現在正在考慮將生物復合材料作為解決與石油衍生的傳統塑料相關的廢物處理問題的潛在方法。在圖3中，生物復合材料的分類顯示，其是由石油衍生的非生物降解聚合物（如聚丙烯（PE）、聚烯（PP）、聚碳酸酯（PC）和環氧樹脂）以及生物纖維（天然纖維）組成的復合材料。衍生物或生物聚合物，如聚羥基烷酸鹽（PHA）和聚乳酸（PLA）。相反，使用生物聚合物作為基質制成的復合材料；生物復合材料還包括碳和玻璃等合成纖維。

圖3. 生物復合材料的分類

2.3.3 增材制造（3D打印）

近年來，隨著工業需求的不斷增長，復合材料在增材制造中的應用已成為一項成熟的技術。當開發和改變材料以提高機械質量和功能時，纖維增強材料被添加到增材制造中。為了增加強度和剛度，不連續纖維（即短纖維）分散在整個聚合物基體中。高結構設計靈活性是額外制造的復合材料的一個優點，但很難達到類似于傳統復合材料（注射成型、壓縮成型、層壓板）的質量。復雜的高精度設計可以使用打印機的計算機控制來生產，這也能夠控制纖維對準和鋪設。在增材制造中，短纖維對準因此是可預測和可控的。由于較高的纖維取向導致較高的強度和模量，因此纖維取向直接影響最終性能，并在工藝-結構-性能相關性中發揮重要作用。然而，各向異性也受到纖維方向的影響，因為纖維在加強縱向的同時削弱了橫向。圖4顯示了矩形樣品構建塊中的纖維方向。

圖4. 矩形試樣構建塊中的纖維取向

2.4 應用

復合材料在許多行業都有應用，如建筑（用于建筑物和橋梁）、汽車（用于車身）、航空（需要具有出色強度但低密度的材料）、外殼以及工業部件制造（用于儲罐、浴缸、洗衣機水槽以及淋浴間）和醫藥。生物醫學工程師將工程概念應用于醫學生物學，與材料研究人員和工程師合作改善人類健康。因為它能夠生產納米材料，一旦在人體中生產和植入，就可以執行其預期的活動，而不會損害周圍的組織或整個免疫系統，所以了解人類的生理學和解剖學對這兩個專業都至關重要。生物材料根據其執行指定功能的程度分為各種類別。

復合生物材料因其眾多優點而廣泛應用于實驗室和生活環境中。這些多相材料可以具有各種形狀和特性，并且易于創建。通過調整關鍵元素（如成分體積比、粒子的細絲尺寸、形狀、位置、分布、矩陣類型等），可以精確地創建所需的材料特性。與傳統金屬、聚合物和陶瓷相比，復合生物材料提供了更大的設計靈活性，并且可以定制為具有幾乎任何所需的性能混合物。由于其提高的耐用性、低密度和高比強度，復合材料表現出廣泛的工業重要性。纖維增強聚合物復合材料在汽車和航空航天工業中提供了輕質結構設計和增強的疲勞性能。提供一致機械性能和耐腐蝕性的兼容聚合物和陶瓷復合材料對于生物醫學應用至關重要。FRP系統越來越多地用于民用基礎設施，以提高結構部件的抗拉強度和長期環境彈性。

玻纖和碳纖維復合材料用于可再生能源系統，以提供巨大的疲勞耐久性以及在不同熱載荷下的穩定性。綜上所述，復合材料的選擇允許重點性能優化，使材料性能與行業特定的工程規范相匹配。以下是復合材料應用的表2。

表2. 復合材料在各工業領域的應用

2.4.1 未來展望

未來，復合材料可以通過制造傳感器來使用，傳感器嵌入有許多好處。由于它們比表面粘合的替代方案對結構損傷更敏感，并且具有較低的噪聲級，因此永久放置在復合材料構件內的傳感器提供了一種以更穩定的響應監測元件整個壽命期間的骨架強度的方法。傳感器集成是一種通過最大限度地減少多余的布線并將傳感器與周圍環境分離來獲得更實用解決方案的策略。傳感器通過集成到結構中來屏蔽環境。由于其與周圍介質的極其強烈的機械相互作用，嵌入式傳感器比表面粘合傳感器具有更大的損傷檢測能力。體積小、重量輕、永久運行和出色的靈敏度是嵌入式傳感器的最低規格?，F在，最常見的選擇是壓電傳感器（PZT-piezoelectric），因為它具有正壓電和逆壓電特性，這使得它們能夠用作傳感器類型和致動器。

柔性印刷電路板（FPCB- Flexible printed circuit boards）技術的進步使得將廉價的壓電傳感器集成到復合材料層壓板中成為可能。復合材料還可以包括在基于纖維的電氣小工具中，其比其平面等效物更靈活、更透氣，并且在一定程度上可拉伸。它們在時尚界也很引人注目，因為它們的時尚外觀。當考慮到構成我們智能身體的基于纖維素的生物神經、肌肉、韌帶和皮膚時，優勢可以大大擴展。因此，最終目標是將基于光纖的電子設備集成到像人體這樣的智能結構中。此類系統整合并協調數據處理、通信、環境感知、能源生成、能源存儲及響應生成等功能。然而，截至目前，該系統仍處于極為早期的階段。