航空航天器在长期飞行过程中,恶劣环境因素的影响易导致其主承力结构损伤不可避免,轻则产生故障、任务失败,严重的会造成机毁人亡的重大损失。飞行器关键区域的应力应变信息是评估航空飞行器结构健康状态的重要依据,因此实现对其应力应变场的实时准确监测显得尤为重要。由于航空航天器在不同飞行状态下呈现出不同的应力应变分布规律,必须研究具备高性能高可靠性特点的分布式结构应变监测与反演技术,为及时获得结构应变场分布信息提供支持。本文主要工作包括以下几个方面:首先,针对单端固支梁、板结构的应变场监测与反演需求,研究了相应传感器布局方法,构建了应变监测系统,给出应变场反演算法。建立了单端固支梁、板结构的力学模型,数值模拟得到单端固支板的应变场,实现对单端固支的梁、板状结构的应变场监测和反演。以单端固支铝合金板为对象,验证了应变监测系统和反演算法的可行性。其次,针对工业压力容器结构服役过程健康监测需求,采用CATIA建立了工业压力容器的实物缩比模型,借助ANSYS有限元仿真软件模拟得到不同加载条件下压力容器关键区域应变场分布特征。分别采用基于反距离加权求平均和三次B样条函数的算法实现对压力容器的应变场重构。在此基础上,采用Labview软件编写了工业压力容器关键区域应变在线监测的人机交互界面。最后,针对空间折叠展开结构在展开过程健康监测需求,建立了折叠展开结构实物模型。采用有限元方法得到折叠展开结构在受到不同外界载荷作用下的应变分布特征以及危险点出现区域。提出了该结构在受拉伸展开过程中,任意两个波峰之间距离的计算方法,为后续轴向变形监测提供依据。借助Labview图形化软件实现折叠结构在展开过程中危险点应变及褶皱区域应变云图实时显示功能。