常用金属箔式应变片存在粘贴过程复杂、定位难等问题,不可避免会对结构应变的准确监测产生影响。相比于此传统工艺,直书写3D打印技术具有直接表面打印的优势,因此可以通过该新兴技术在结构表面直接打印传感器,有效规避粘贴的问题,实现精准定位。此外在工程应用中为应对区域应变监测的需求,发展了用于监测多点应变的传感器阵列。然而现有的研究缺乏关于直书写3D打印传感器阵列的结构和工艺优化,无法实现高集成密度制造和适应复杂形状结构布局。针对以上问题,本文设计了一种适用于直书写3D打印的传感器阵列结构,集制造与粘贴为一体,避免了手工粘贴操作的误差,提高了阵列集成度和适应性。本文主要研究内容和结果总结如下:在结构设计方面,本文提出了一种基于绝缘条带的应变传感器阵列多层电路结构。对该结构的电极数量、整体电路总线长和传感器集成密度三个关键参数进行定量分析,极大简化了电路结构。将传感器阵列设计应用于复杂形状和大面积区域监测,得到了具有高适应性和可扩展性的设计方案。进一步将多层电路推广应用于三轴应变花,提出了新型应变花阵列的简化设计方案。在制造方面,本文以直书写3D打印技术为传感器阵列的制备方式。首先选取了用于传感器阵列打印的敏感材料、导线材料和绝缘材料。然后研究每种材料的流变性能,探索出传感器单元、导线、绝缘条带的高精度打印工艺参数体系。最后,通过分层打印得到了具有简洁性、高集成度和适应性的传感器阵列,并基于多级打印策略制备出可扩展传感器阵列。在试验方面,本文基于优化设计方案将传感器阵列打印在金属试件表面,并进行了系统的力学性能测试。首先,标定传感器阵列的灵敏系数和量程。其次,对传感器阵列的适应性和可扩展性在实际应变监测中测量的可行性和准确性进行了测试。最后,对应变花阵列进行标定,并进行多轴应变测试验证。本文研究结果表明,基于绝缘条带的设计方案充分发挥了直书写3D打印的优势,通过优化工艺参数打印的传感器阵列具有较好的打印质量,得到的传感器阵列具有较高的灵敏系数。通过对适应性和可扩展性应变传感器阵列的研究,该传感器阵列可监测复杂结构表面,应用范围更广,监测面积更大,且试验证明监测结果准确。集成了三种轴向传感单元的应变花阵列具有良好的应变输出一致性,精确反应结构的应变变化。研究结果对于实现直书写3D打印传感器在结构监测中的应用具有指导意义。