Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料力学复合材料力学1 1mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology课程说明课程说明工程力学工程力学工程力学工程力学/ / / /固体力学专业固体力学专业固体力学专业固体力学专业课时：课时：课时：课时：36363636学时学时学时学时任课教师：梁军任课教师：梁军任课教师：梁军任课教师：梁军联系方式联系方式联系方式联系方式 0451-864126130451-864126130451-864126130451-86412613 13936493570139364935701393649357013936493570 liangjliangjliangjliangjhit.edu.cnhit.edu.cnhit.edu.cnhit.edu.cnmechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology参考教材参考教材R. M. R. M. R. M. R. M. 琼斯：复合材料力学（中、英文）琼斯：复合材料力学（中、英文）琼斯：复合材料力学（中、英文）琼斯：复合材料力学（中、英文）沈观林、胡更开：复合材料力学，清华大学出版社沈观林、胡更开：复合材料力学，清华大学出版社沈观林、胡更开：复合材料力学，清华大学出版社沈观林、胡更开：复合材料力学，清华大学出版社王震鸣：复合材料力学与复合材料结构力学王震鸣：复合材料力学与复合材料结构力学王震鸣：复合材料力学与复合材料结构力学王震鸣：复合材料力学与复合材料结构力学Stephen W. Stephen W. Stephen W. Stephen W. TasiTasiTasiTasi：复合材料设计：复合材料设计：复合材料设计：复合材料设计李顺林：复合材料结构设计方法李顺林：复合材料结构设计方法李顺林：复合材料结构设计方法李顺林：复合材料结构设计方法J. R. Vinson: The Behavior of Structures J. R. Vinson: The Behavior of Structures J. R. Vinson: The Behavior of Structures J. R. Vinson: The Behavior of Structures Composed of Composite MaterialsComposed of Composite MaterialsComposed of Composite MaterialsComposed of Composite Materialsmechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology课程设置目的和学习方法课程设置目的和学习方法What are the classes and types of What are the classes and types of What are the classes and types of What are the classes and types of composites and structures?composites and structures?composites and structures?composites and structures? Why are composites used instead of metals, Why are composites used instead of metals, Why are composites used instead of metals, Why are composites used instead of metals, ceramics, or polymers?ceramics, or polymers?ceramics, or polymers?ceramics, or polymers?How do we estimate composite stiffness & How do we estimate composite stiffness & How do we estimate composite stiffness & How do we estimate composite stiffness & strength or other properties ?strength or other properties ?strength or other properties ?strength or other properties ?What are some typical applications?What are some typical applications?What are some typical applications?What are some typical applications?兴趣、责任兴趣、责任mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology课程设置目的和学习方法课程设置目的和学习方法学习目的学习目的学习目的学习目的 复合材料及其结构概念和内涵复合材料及其结构概念和内涵复合材料及其结构概念和内涵复合材料及其结构概念和内涵 为什么要学习复合材料力学为什么要学习复合材料力学为什么要学习复合材料力学为什么要学习复合材料力学? ? ? ? 主要学习什么内容主要学习什么内容主要学习什么内容主要学习什么内容? ? ? ? 如何去用这些知识如何去用这些知识如何去用这些知识如何去用这些知识? ? ? ?学习方法学习方法学习方法学习方法 概念清晰、基础扎实概念清晰、基础扎实概念清晰、基础扎实概念清晰、基础扎实 力学与材料相结合力学与材料相结合力学与材料相结合力学与材料相结合 微观与宏观相结合微观与宏观相结合微观与宏观相结合微观与宏观相结合 试验测量与理论分析模型相结合试验测量与理论分析模型相结合试验测量与理论分析模型相结合试验测量与理论分析模型相结合 从实践中来，回到实践中去从实践中来，回到实践中去从实践中来，回到实践中去从实践中来，回到实践中去mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料力学的相关课程复合材料力学的相关课程材料力学材料力学复合材料学复合材料学复合材料复合材料力学力学弹性力学弹性力学复合材料复合材料结构力学结构力学复合材料复合材料结构设计方法结构设计方法复合材料动力学复合材料动力学非线性复合材料力学非线性复合材料力学柔性复合材料力学柔性复合材料力学编织复合材料力学编织复合材料力学固体力学范畴固体力学范畴mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料力学的相关课程复合材料力学的相关课程固体力学：结构受力分析与材料的力学固体力学：结构受力分析与材料的力学性能性能弹性力学弹性力学弹性力学弹性力学 材料力学材料力学材料力学材料力学材料学：从材料的物理、化学性质、材材料学：从材料的物理、化学性质、材料工艺、结构、组分的角度料工艺、结构、组分的角度复合材料学复合材料学复合材料学复合材料学mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料力学的相关课程复合材料力学的相关课程宏观力学宏观力学宏观力学宏观力学 假设材料是均质的，只从复合材料的平均表观性质来假设材料是均质的，只从复合材料的平均表观性质来假设材料是均质的，只从复合材料的平均表观性质来假设材料是均质的，只从复合材料的平均表观性质来检验组份材料的作用检验组份材料的作用检验组份材料的作用检验组份材料的作用微观力学微观力学微观力学微观力学 从微观的角度检验组份材料之间相互影响研究复合材从微观的角度检验组份材料之间相互影响研究复合材从微观的角度检验组份材料之间相互影响研究复合材从微观的角度检验组份材料之间相互影响研究复合材料的性能料的性能料的性能料的性能细观力学方法细观力学方法细观力学方法细观力学方法 固体力学与材料科学之间的交叉科学，从材料的细观固体力学与材料科学之间的交叉科学，从材料的细观固体力学与材料科学之间的交叉科学，从材料的细观固体力学与材料科学之间的交叉科学，从材料的细观结构入手，研究其与材料力学性能的关系结构入手，研究其与材料力学性能的关系结构入手，研究其与材料力学性能的关系结构入手，研究其与材料力学性能的关系 用连续介质力学研究材料的细观结构与宏观性能关系用连续介质力学研究材料的细观结构与宏观性能关系用连续介质力学研究材料的细观结构与宏观性能关系用连续介质力学研究材料的细观结构与宏观性能关系mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料力学复合材料力学复合材料力学复合材料力学研究复合材料的微观和宏观力学特性、包括刚研究复合材料的微观和宏观力学特性、包括刚研究复合材料的微观和宏观力学特性、包括刚研究复合材料的微观和宏观力学特性、包括刚度、强度、破坏机理、断裂、疲劳、冲击、损度、强度、破坏机理、断裂、疲劳、冲击、损度、强度、破坏机理、断裂、疲劳、冲击、损度、强度、破坏机理、断裂、疲劳、冲击、损伤、应力集中、边界效应、环境响应和力学测伤、应力集中、边界效应、环境响应和力学测伤、应力集中、边界效应、环境响应和力学测伤、应力集中、边界效应、环境响应和力学测试等力学问题试等力学问题试等力学问题试等力学问题复合材料结构力学复合材料结构力学研究复合材料结构的应力、变形、稳定和振动研究复合材料结构的应力、变形、稳定和振动研究复合材料结构的应力、变形、稳定和振动研究复合材料结构的应力、变形、稳定和振动等问题等问题等问题等问题mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料力学课程主要内容复合材料力学课程主要内容 复合材料及其结构简介复合材料及其结构简介复合材料及其结构简介复合材料及其结构简介 复合材料的力学特点及其一般理论复合材料的力学特点及其一般理论复合材料的力学特点及其一般理论复合材料的力学特点及其一般理论 简单层板宏观力学性能简单层板宏观力学性能简单层板宏观力学性能简单层板宏观力学性能 复合材料简单层板刚度与强度的微观力学分析方法复合材料简单层板刚度与强度的微观力学分析方法复合材料简单层板刚度与强度的微观力学分析方法复合材料简单层板刚度与强度的微观力学分析方法 层合板宏观力学性能的分析方法（刚度与强度）层合板宏观力学性能的分析方法（刚度与强度）层合板宏观力学性能的分析方法（刚度与强度）层合板宏观力学性能的分析方法（刚度与强度） 复合材料力学的拓展与应用（复合材料力学的拓展与应用（复合材料力学的拓展与应用（复合材料力学的拓展与应用（1 1） 复合材料力学的拓展与应用（复合材料力学的拓展与应用（复合材料力学的拓展与应用（复合材料力学的拓展与应用（2 2） 答疑、考试答疑、考试答疑、考试答疑、考试mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料复合材料自然界中普遍存在着天然复合自然界中普遍存在着天然复合自然界中普遍存在着天然复合自然界中普遍存在着天然复合材料材料材料材料 树木、骨骼、草茎与泥土复合等树木、骨骼、草茎与泥土复合等树木、骨骼、草茎与泥土复合等树木、骨骼、草茎与泥土复合等 天然材料几乎都是复合材料，采天然材料几乎都是复合材料，采天然材料几乎都是复合材料，采天然材料几乎都是复合材料，采取复合的形式是自然的规律取复合的形式是自然的规律取复合的形式是自然的规律取复合的形式是自然的规律 六千年以前，陕西西安半坡村的仰韶六千年以前，陕西西安半坡村的仰韶六千年以前，陕西西安半坡村的仰韶六千年以前，陕西西安半坡村的仰韶文化住房遗址说明我国古人已经开始文化住房遗址说明我国古人已经开始文化住房遗址说明我国古人已经开始文化住房遗址说明我国古人已经开始用草混在泥土中筑墙和铺地，这种草用草混在泥土中筑墙和铺地，这种草用草混在泥土中筑墙和铺地，这种草用草混在泥土中筑墙和铺地，这种草泥就是最原始的纤维增强复合材料，泥就是最原始的纤维增强复合材料，泥就是最原始的纤维增强复合材料，泥就是最原始的纤维增强复合材料，它与现代高性能纤维增强复合材料非它与现代高性能纤维增强复合材料非它与现代高性能纤维增强复合材料非它与现代高性能纤维增强复合材料非常相似常相似常相似常相似人的能动性人的能动性人的能动性人的能动性 mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料复合材料历史曾用材料来划分人类的文明时代的四次重大历史曾用材料来划分人类的文明时代的四次重大历史曾用材料来划分人类的文明时代的四次重大历史曾用材料来划分人类的文明时代的四次重大突破突破突破突破 天然材料：新石器时代天然材料：新石器时代天然材料：新石器时代天然材料：新石器时代 人工材料：铜器和铁器时代人工材料：铜器和铁器时代人工材料：铜器和铁器时代人工材料：铜器和铁器时代 合成材料：塑料（合成材料：塑料（合成材料：塑料（合成材料：塑料（19241924）、橡胶（）、橡胶（）、橡胶（）、橡胶（19311931） 复合材料：玻璃纤维（复合材料：玻璃纤维（复合材料：玻璃纤维（复合材料：玻璃纤维（19421942）玻璃纤维增强塑料（玻璃纤维增强塑料（Fiber Glass Reinforced Plastics, FRP）：）：俄文叫俄文叫 “CTeknonJ1Anhk”（玻璃（玻璃塑料）。当时中文里没相应的词，塑料）。当时中文里没相应的词，想到材料里有玻璃，强度又高，想到材料里有玻璃，强度又高，就叫就叫“玻璃钢玻璃钢”mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料复合材料金属材料金属材料的高峰的高峰四分天下四分天下mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料复合材料 复合材料是指由有机高分子、无机非金属或金属等几类不复合材料是指由有机高分子、无机非金属或金属等几类不复合材料是指由有机高分子、无机非金属或金属等几类不复合材料是指由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料，它既能保留原同材料通过复合工艺组合而成的新型材料，它既能保留原同材料通过复合工艺组合而成的新型材料，它既能保留原同材料通过复合工艺组合而成的新型材料，它既能保留原有组分材料的主要特色，又通过材料设计使各组分的性能有组分材料的主要特色，又通过材料设计使各组分的性能有组分材料的主要特色，又通过材料设计使各组分的性能有组分材料的主要特色，又通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得新的优越性能，与一般材互相补充并彼此关联，从而获得新的优越性能，与一般材互相补充并彼此关联，从而获得新的优越性能，与一般材互相补充并彼此关联，从而获得新的优越性能，与一般材料的简单混合有本质的区别料的简单混合有本质的区别料的简单混合有本质的区别料的简单混合有本质的区别 （19941994年出版，师昌绪主编年出版，师昌绪主编年出版，师昌绪主编年出版，师昌绪主编材料大辞典材料大辞典材料大辞典材料大辞典） 由两种以上材料组合而成的、物理和化学性质与原材料不由两种以上材料组合而成的、物理和化学性质与原材料不由两种以上材料组合而成的、物理和化学性质与原材料不由两种以上材料组合而成的、物理和化学性质与原材料不同、但又保持某些有效功能同、但又保持某些有效功能同、但又保持某些有效功能同、但又保持某些有效功能 一般一种材料作为基体，其他材料作为增强剂一般一种材料作为基体，其他材料作为增强剂一般一种材料作为基体，其他材料作为增强剂一般一种材料作为基体，其他材料作为增强剂 一定尺度上的组合一定尺度上的组合一定尺度上的组合一定尺度上的组合 微观尺度上的组合（合金）微观尺度上的组合（合金）微观尺度上的组合（合金）微观尺度上的组合（合金）mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料复合材料先进复合材料（先进复合材料（先进复合材料（先进复合材料（Advanced Composite Advanced Composite Advanced Composite Advanced Composite MaterialsMaterialsMaterialsMaterials，简称，简称，简称，简称ACMACMACMACM）是指加进了新的高性能）是指加进了新的高性能）是指加进了新的高性能）是指加进了新的高性能纤维的而区别于纤维的而区别于纤维的而区别于纤维的而区别于“ “ “ “低技术低技术低技术低技术” ” ” ”的玻璃纤维增强塑料的玻璃纤维增强塑料的玻璃纤维增强塑料的玻璃纤维增强塑料的复合材料的复合材料的复合材料的复合材料 ( (美国麻省理工学院材料科学与工程系教授美国麻省理工学院材料科学与工程系教授美国麻省理工学院材料科学与工程系教授美国麻省理工学院材料科学与工程系教授J. P. ClarkJ. P. Clark，1985)1985) 以碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、芳纶以碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、芳纶以碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、芳纶以碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料，并使用纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料，并使用纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料，并使用纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料，并使用高性能树脂、金属与陶瓷等为基体，制成的具有比玻高性能树脂、金属与陶瓷等为基体，制成的具有比玻高性能树脂、金属与陶瓷等为基体，制成的具有比玻高性能树脂、金属与陶瓷等为基体，制成的具有比玻璃纤维复合材料更好性能的先进复合材料璃纤维复合材料更好性能的先进复合材料璃纤维复合材料更好性能的先进复合材料璃纤维复合材料更好性能的先进复合材料mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of TechnologyWhat are advanced composites? Advanced composite materials are refereed to those composite materials developed and used in the aerospace industries. They usually consist of high performance fibers as reinforcing phases and polymers or metals as matrices.mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料复合材料复合材料经历了古代、近代和现代三个阶段复合材料经历了古代、近代和现代三个阶段复合材料经历了古代、近代和现代三个阶段复合材料经历了古代、近代和现代三个阶段 自古以来，人们就会使用天然的复合材料自古以来，人们就会使用天然的复合材料自古以来，人们就会使用天然的复合材料自古以来，人们就会使用天然的复合材料木材、竹、木材、竹、木材、竹、木材、竹、骨骼等。最原始的人造复合材料是在粘土泥浆中掺稻草，骨骼等。最原始的人造复合材料是在粘土泥浆中掺稻草，骨骼等。最原始的人造复合材料是在粘土泥浆中掺稻草，骨骼等。最原始的人造复合材料是在粘土泥浆中掺稻草，制成土砖；在灰泥中掺马鬃或在熟石膏里加纸浆，可制制成土砖；在灰泥中掺马鬃或在熟石膏里加纸浆，可制制成土砖；在灰泥中掺马鬃或在熟石膏里加纸浆，可制制成土砖；在灰泥中掺马鬃或在熟石膏里加纸浆，可制成纤维增强复合材料成纤维增强复合材料成纤维增强复合材料成纤维增强复合材料 近代复合材料最早的有玻璃纤维增强树脂（如酚醛树脂、近代复合材料最早的有玻璃纤维增强树脂（如酚醛树脂、近代复合材料最早的有玻璃纤维增强树脂（如酚醛树脂、近代复合材料最早的有玻璃纤维增强树脂（如酚醛树脂、环氧树脂等）环氧树脂等）环氧树脂等）环氧树脂等）玻璃钢玻璃钢玻璃钢玻璃钢 高性能纤维和其他各种形式的先进复合材料高性能纤维和其他各种形式的先进复合材料高性能纤维和其他各种形式的先进复合材料高性能纤维和其他各种形式的先进复合材料第二次世界大战后期，为了增加雷达罩透波率，研制成第二次世界大战后期，为了增加雷达罩透波率，研制成第二次世界大战后期，为了增加雷达罩透波率，研制成第二次世界大战后期，为了增加雷达罩透波率，研制成玻璃钢，没料到这类复合材料后来由于它有高的比强度玻璃钢，没料到这类复合材料后来由于它有高的比强度玻璃钢，没料到这类复合材料后来由于它有高的比强度玻璃钢，没料到这类复合材料后来由于它有高的比强度和比刚度而成为使钢、铝、钛等金属有时相形见拙的新和比刚度而成为使钢、铝、钛等金属有时相形见拙的新和比刚度而成为使钢、铝、钛等金属有时相形见拙的新和比刚度而成为使钢、铝、钛等金属有时相形见拙的新型结构材料型结构材料型结构材料型结构材料mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料复合材料随着复合材料的广泛应用和人们在原材料、复合随着复合材料的广泛应用和人们在原材料、复合随着复合材料的广泛应用和人们在原材料、复合随着复合材料的广泛应用和人们在原材料、复合工艺、界面理论、复合效应等方面实践和理论研工艺、界面理论、复合效应等方面实践和理论研工艺、界面理论、复合效应等方面实践和理论研工艺、界面理论、复合效应等方面实践和理论研究的深入，使人们对复合材料有了更全面地认识究的深入，使人们对复合材料有了更全面地认识究的深入，使人们对复合材料有了更全面地认识究的深入，使人们对复合材料有了更全面地认识 现在人们可以更能动地选择不同的增强材料（颗粒、现在人们可以更能动地选择不同的增强材料（颗粒、现在人们可以更能动地选择不同的增强材料（颗粒、现在人们可以更能动地选择不同的增强材料（颗粒、片状物、纤维及其织物等）和基体进行合理的性能片状物、纤维及其织物等）和基体进行合理的性能片状物、纤维及其织物等）和基体进行合理的性能片状物、纤维及其织物等）和基体进行合理的性能（功能和力学）设计（如宏观的铺层设计、微细观界（功能和力学）设计（如宏观的铺层设计、微细观界（功能和力学）设计（如宏观的铺层设计、微细观界（功能和力学）设计（如宏观的铺层设计、微细观界面设计等）面设计等）面设计等）面设计等） 采用多种特殊工艺使其复合或交叉结合，从而制造出采用多种特殊工艺使其复合或交叉结合，从而制造出采用多种特殊工艺使其复合或交叉结合，从而制造出采用多种特殊工艺使其复合或交叉结合，从而制造出高于原先单一材料的性能或开发出单一材料所不具备高于原先单一材料的性能或开发出单一材料所不具备高于原先单一材料的性能或开发出单一材料所不具备高于原先单一材料的性能或开发出单一材料所不具备的性质和使用性能，如优异的力学性能、物理的性质和使用性能，如优异的力学性能、物理的性质和使用性能，如优异的力学性能、物理的性质和使用性能，如优异的力学性能、物理- -化学多化学多化学多化学多功能（电、热、磁、光、耐烧蚀等）或生物效应的各功能（电、热、磁、光、耐烧蚀等）或生物效应的各功能（电、热、磁、光、耐烧蚀等）或生物效应的各功能（电、热、磁、光、耐烧蚀等）或生物效应的各类高级复合材料。因此类高级复合材料。因此类高级复合材料。因此类高级复合材料。因此“ “复合复合复合复合” ”涵盖的范围也越来越涵盖的范围也越来越涵盖的范围也越来越涵盖的范围也越来越广广广广mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料复合材料与其他高技术的出现和发展紧密结合，复与其他高技术的出现和发展紧密结合，复合材料的内涵不断拓展合材料的内涵不断拓展从宏观尺度的复合到纳米尺度的复合从宏观尺度的复合到纳米尺度的复合从宏观尺度的复合到纳米尺度的复合从宏观尺度的复合到纳米尺度的复合从结构材料到结构功能一体化材料和多功能复从结构材料到结构功能一体化材料和多功能复从结构材料到结构功能一体化材料和多功能复从结构材料到结构功能一体化材料和多功能复合材料合材料合材料合材料从简单复合到非线性复合效应的复合从简单复合到非线性复合效应的复合从简单复合到非线性复合效应的复合从简单复合到非线性复合效应的复合从复合材料到复合结构从复合材料到复合结构从复合材料到复合结构从复合材料到复合结构从机械设计到仿生设计从机械设计到仿生设计从机械设计到仿生设计从机械设计到仿生设计mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料复合材料 天然天然复合材料复合材料智能复合材料智能复合材料智能复合材料智能复合材料仿生复合材料仿生复合材料仿生复合材料仿生复合材料功能复合材料功能复合材料功能复合材料功能复合材料纳米复合材料纳米复合材料纳米复合材料纳米复合材料生物复合材料生物复合材料生物复合材料生物复合材料材料复合结构材料复合结构材料复合结构材料复合结构先进复合材料先进复合材料先进复合材料先进复合材料树脂基复合材料树脂基复合材料树脂基复合材料树脂基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料金属基复合材料金属基复合材料金属基复合材料金属基复合材料碳碳碳碳/ /碳复合材料碳复合材料碳复合材料碳复合材料玻璃钢玻璃钢玻璃钢玻璃钢mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料复合材料“ “到到到到20202020年，只有复合材料才有潜力获得年，只有复合材料才有潜力获得年，只有复合材料才有潜力获得年，只有复合材料才有潜力获得20-20-25%25%的性能提升，其中陶瓷基和聚合物基复合材的性能提升，其中陶瓷基和聚合物基复合材的性能提升，其中陶瓷基和聚合物基复合材的性能提升，其中陶瓷基和聚合物基复合材料的密度、刚度、强度、韧性和抗高温能力都可料的密度、刚度、强度、韧性和抗高温能力都可料的密度、刚度、强度、韧性和抗高温能力都可料的密度、刚度、强度、韧性和抗高温能力都可能有如此大的改善，而被列为最优先发展的材料能有如此大的改善，而被列为最优先发展的材料能有如此大的改善，而被列为最优先发展的材料能有如此大的改善，而被列为最优先发展的材料” ”。 进入进入进入进入2121世纪，美国国防部委托国家科学研究院经过三世纪，美国国防部委托国家科学研究院经过三世纪，美国国防部委托国家科学研究院经过三世纪，美国国防部委托国家科学研究院经过三年的调查，在年的调查，在年的调查，在年的调查，在20032003年发表的年发表的年发表的年发表的“ “面向面向面向面向2121世纪国防需求的世纪国防需求的世纪国防需求的世纪国防需求的材料研究材料研究材料研究材料研究” ”报告指出报告指出报告指出报告指出mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料复合材料High modulusAbrasion resistantMetalsPoor corrosion ResistanceCeramicsBrittleGlassesBrittleElastomersCreep at low tempPolymersCreep at low tempCompositesCorrosion resistantCorrosion resistantLow modulusHigh strengthHigh strength, Moderate modulus, High ductilitymechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料的要素和分类复合材料的要素和分类复合材料包括三要素：基体材料、增强剂及复合复合材料包括三要素：基体材料、增强剂及复合复合材料包括三要素：基体材料、增强剂及复合复合材料包括三要素：基体材料、增强剂及复合方式（界面结合形式）方式（界面结合形式）方式（界面结合形式）方式（界面结合形式） 按增强剂形状不同按增强剂形状不同按增强剂形状不同按增强剂形状不同，可分为颗粒、连续纤维、短纤维、，可分为颗粒、连续纤维、短纤维、，可分为颗粒、连续纤维、短纤维、，可分为颗粒、连续纤维、短纤维、弥散晶须、层状、骨架或网状、编织体增强复合材料弥散晶须、层状、骨架或网状、编织体增强复合材料弥散晶须、层状、骨架或网状、编织体增强复合材料弥散晶须、层状、骨架或网状、编织体增强复合材料等等等等 按照基体材料的不同按照基体材料的不同按照基体材料的不同按照基体材料的不同，复合材料包括聚合物基复合材，复合材料包括聚合物基复合材，复合材料包括聚合物基复合材，复合材料包括聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳/ /碳复合材碳复合材碳复合材碳复合材料等料等料等料等 按使用功能不同按使用功能不同按使用功能不同按使用功能不同，可分为结构复合材料和功能复合材，可分为结构复合材料和功能复合材，可分为结构复合材料和功能复合材，可分为结构复合材料和功能复合材料等料等料等料等mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料的要素和分类复合材料的要素和分类mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料的要素和分类复合材料的要素和分类增强纤维增强纤维玻璃纤维、碳纤维、聚芳酰胺纤维（玻璃纤维、碳纤维、聚芳酰胺纤维（玻璃纤维、碳纤维、聚芳酰胺纤维（玻璃纤维、碳纤维、聚芳酰胺纤维（KevlarKevlar、ApmocApmoc) )、硼纤维、碳化硅纤维、硼纤维、碳化硅纤维、硼纤维、碳化硅纤维、硼纤维、碳化硅纤维树脂基体树脂基体热固性聚合物热固性聚合物热固性聚合物热固性聚合物 聚酯、环氧、酚醛、聚酰亚胺聚酯、环氧、酚醛、聚酰亚胺聚酯、环氧、酚醛、聚酰亚胺聚酯、环氧、酚醛、聚酰亚胺热塑性聚合物热塑性聚合物热塑性聚合物热塑性聚合物 尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料的要素和分类复合材料的要素和分类在在在在RMCRMCRMCRMC中，增强材料是决定复合材料的拉伸强度、中，增强材料是决定复合材料的拉伸强度、中，增强材料是决定复合材料的拉伸强度、中，增强材料是决定复合材料的拉伸强度、模量、延伸率的关键组分，增强纤维的种类、机模量、延伸率的关键组分，增强纤维的种类、机模量、延伸率的关键组分，增强纤维的种类、机模量、延伸率的关键组分，增强纤维的种类、机械性能核物理特征，在即体重的体积含量及纤维械性能核物理特征，在即体重的体积含量及纤维械性能核物理特征，在即体重的体积含量及纤维械性能核物理特征，在即体重的体积含量及纤维的取向决定了复合材料的性质的取向决定了复合材料的性质的取向决定了复合材料的性质的取向决定了复合材料的性质树脂基体则是粘接并包容纤维，使纤维免受摩擦树脂基体则是粘接并包容纤维，使纤维免受摩擦树脂基体则是粘接并包容纤维，使纤维免受摩擦树脂基体则是粘接并包容纤维，使纤维免受摩擦损伤，均衡和传递构件所承受的载荷的主要组分，损伤，均衡和传递构件所承受的载荷的主要组分，损伤，均衡和传递构件所承受的载荷的主要组分，损伤，均衡和传递构件所承受的载荷的主要组分，树脂基体的种类、物理特性和化学特性决定了复树脂基体的种类、物理特性和化学特性决定了复树脂基体的种类、物理特性和化学特性决定了复树脂基体的种类、物理特性和化学特性决定了复合材料的剪切强度、横向拉伸强度（非纤维方向）合材料的剪切强度、横向拉伸强度（非纤维方向）合材料的剪切强度、横向拉伸强度（非纤维方向）合材料的剪切强度、横向拉伸强度（非纤维方向）、压缩强度、耐化学腐蚀等性质）、压缩强度、耐化学腐蚀等性质）、压缩强度、耐化学腐蚀等性质）、压缩强度、耐化学腐蚀等性质）mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料的性能复合材料的性能强度强度刚度刚度耐腐蚀性耐腐蚀性耐磨性耐磨性重量重量疲劳寿命疲劳寿命疲劳寿命疲劳寿命与温度有关的性能与温度有关的性能与温度有关的性能与温度有关的性能绝热性绝热性绝热性绝热性导热性导热性导热性导热性隔音性隔音性隔音性隔音性mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料的特点复合材料的特点可设计性可设计性可设计性可设计性 复合材料的力学、机械及热、声、光、电、防腐、抗复合材料的力学、机械及热、声、光、电、防腐、抗复合材料的力学、机械及热、声、光、电、防腐、抗复合材料的力学、机械及热、声、光、电、防腐、抗老化等性能都可按照构件的使用要求和环境条件要求，老化等性能都可按照构件的使用要求和环境条件要求，老化等性能都可按照构件的使用要求和环境条件要求，老化等性能都可按照构件的使用要求和环境条件要求，通过组分材料的选择和匹配以及界面控制等材料设计通过组分材料的选择和匹配以及界面控制等材料设计通过组分材料的选择和匹配以及界面控制等材料设计通过组分材料的选择和匹配以及界面控制等材料设计手段，最大限度地达到预期的目的，以满足工程设计手段，最大限度地达到预期的目的，以满足工程设计手段，最大限度地达到预期的目的，以满足工程设计手段，最大限度地达到预期的目的，以满足工程设计的使用性能的使用性能的使用性能的使用性能材料与结构的同一性材料与结构的同一性材料与结构的同一性材料与结构的同一性 复合材料构件与材料是同时形成的，它有组成复合材复合材料构件与材料是同时形成的，它有组成复合材复合材料构件与材料是同时形成的，它有组成复合材复合材料构件与材料是同时形成的，它有组成复合材料的组分材料在复合成材料的同时也形成了结构，一料的组分材料在复合成材料的同时也形成了结构，一料的组分材料在复合成材料的同时也形成了结构，一料的组分材料在复合成材料的同时也形成了结构，一般不再由般不再由般不再由般不再由“ “复合材料复合材料复合材料复合材料” ”加工成复合材料构件，使之结加工成复合材料构件，使之结加工成复合材料构件，使之结加工成复合材料构件，使之结构的整体性好，大幅度减少零部件和连接件数量，从构的整体性好，大幅度减少零部件和连接件数量，从构的整体性好，大幅度减少零部件和连接件数量，从构的整体性好，大幅度减少零部件和连接件数量，从而缩短加工周期，降低成本，提高可靠性而缩短加工周期，降低成本，提高可靠性而缩短加工周期，降低成本，提高可靠性而缩短加工周期，降低成本，提高可靠性mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料的特点复合材料的特点mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料的特点复合材料的特点普通的工程材料大多是均匀的、各向同性的普通的工程材料大多是均匀的、各向同性的普通的工程材料大多是均匀的、各向同性的普通的工程材料大多是均匀的、各向同性的 均质：性能不是物体位置的函数均质：性能不是物体位置的函数均质：性能不是物体位置的函数均质：性能不是物体位置的函数 各向同性：物体的性能在物体内的一点的每个方向都是各向同性：物体的性能在物体内的一点的每个方向都是各向同性：物体的性能在物体内的一点的每个方向都是各向同性：物体的性能在物体内的一点的每个方向都是相同的，性能不是一点方向上的函数相同的，性能不是一点方向上的函数相同的，性能不是一点方向上的函数相同的，性能不是一点方向上的函数复合材料一般表现为复合材料一般表现为复合材料一般表现为复合材料一般表现为非均质和各向异性的非均质和各向异性的非均质和各向异性的非均质和各向异性的，材料性，材料性，材料性，材料性能是位置和方向的函数能是位置和方向的函数能是位置和方向的函数能是位置和方向的函数 正交各向异性：在物体重的一点的三个相互垂直方向上正交各向异性：在物体重的一点的三个相互垂直方向上正交各向异性：在物体重的一点的三个相互垂直方向上正交各向异性：在物体重的一点的三个相互垂直方向上有不同的材料性能，此外还有三个相互垂直的有不同的材料性能，此外还有三个相互垂直的有不同的材料性能，此外还有三个相互垂直的有不同的材料性能，此外还有三个相互垂直的材料对称材料对称材料对称材料对称面面面面 各向异性：所有方向都有不同的性能，没有材料对称面各向异性：所有方向都有不同的性能，没有材料对称面各向异性：所有方向都有不同的性能，没有材料对称面各向异性：所有方向都有不同的性能，没有材料对称面mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料的特点复合材料的特点由于复合材料具有各向异型和非均匀性，可以通由于复合材料具有各向异型和非均匀性，可以通由于复合材料具有各向异型和非均匀性，可以通由于复合材料具有各向异型和非均匀性，可以通过合理的设计在我们所需要的方向上具有足够的过合理的设计在我们所需要的方向上具有足够的过合理的设计在我们所需要的方向上具有足够的过合理的设计在我们所需要的方向上具有足够的强度和刚度，消除材料冗余，最大程度发挥材料强度和刚度，消除材料冗余，最大程度发挥材料强度和刚度，消除材料冗余，最大程度发挥材料强度和刚度，消除材料冗余，最大程度发挥材料及结构的潜力和效率及结构的潜力和效率及结构的潜力和效率及结构的潜力和效率复合效应的优越性复合效应的优越性复合效应的优越性复合效应的优越性 复合材料是由各组分材料经过复合工艺形成的，但它复合材料是由各组分材料经过复合工艺形成的，但它复合材料是由各组分材料经过复合工艺形成的，但它复合材料是由各组分材料经过复合工艺形成的，但它不是几种材料简单的混合，而是按照复合效应形成的不是几种材料简单的混合，而是按照复合效应形成的不是几种材料简单的混合，而是按照复合效应形成的不是几种材料简单的混合，而是按照复合效应形成的新的性能，这种复合效应是复合材料特有的新的性能，这种复合效应是复合材料特有的新的性能，这种复合效应是复合材料特有的新的性能，这种复合效应是复合材料特有的mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology高比强度和高比模量高比强度和高比模量mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology高比强度和高比模量高比强度和高比模量mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology高比强度和高比模量高比强度和高比模量mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology耐高温性耐高温性mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料的特点复合材料的特点材料性能对复合工艺的依赖性材料性能对复合工艺的依赖性材料性能对复合工艺的依赖性材料性能对复合工艺的依赖性 复合材料结构在形成过程中有组分材料的物理和化学复合材料结构在形成过程中有组分材料的物理和化学复合材料结构在形成过程中有组分材料的物理和化学复合材料结构在形成过程中有组分材料的物理和化学变化，因此构件的性能对工艺方法、工艺参数、工艺变化，因此构件的性能对工艺方法、工艺参数、工艺变化，因此构件的性能对工艺方法、工艺参数、工艺变化，因此构件的性能对工艺方法、工艺参数、工艺过程等依赖性较大，同时也由于在成形过程中很难准过程等依赖性较大，同时也由于在成形过程中很难准过程等依赖性较大，同时也由于在成形过程中很难准过程等依赖性较大，同时也由于在成形过程中很难准确地控制工艺参数，使得其性能的分散性较大确地控制工艺参数，使得其性能的分散性较大确地控制工艺参数，使得其性能的分散性较大确地控制工艺参数，使得其性能的分散性较大 多功能性和发展性多功能性和发展性多功能性和发展性多功能性和发展性 复合材料具有除力学性能以外的许多功能（如声、光、复合材料具有除力学性能以外的许多功能（如声、光、复合材料具有除力学性能以外的许多功能（如声、光、复合材料具有除力学性能以外的许多功能（如声、光、电、磁、热等），使复合材料拥有吸波、透波、耐热、电、磁、热等），使复合材料拥有吸波、透波、耐热、电、磁、热等），使复合材料拥有吸波、透波、耐热、电、磁、热等），使复合材料拥有吸波、透波、耐热、防热、隔热、导电、记忆、阻尼、摩擦、阻燃、透析防热、隔热、导电、记忆、阻尼、摩擦、阻燃、透析防热、隔热、导电、记忆、阻尼、摩擦、阻燃、透析防热、隔热、导电、记忆、阻尼、摩擦、阻燃、透析等功能；同时与其它先进技术相结合，如与纳米技术等功能；同时与其它先进技术相结合，如与纳米技术等功能；同时与其它先进技术相结合，如与纳米技术等功能；同时与其它先进技术相结合，如与纳米技术结合发展的纳米复合材料、与生物、医学科学相结合结合发展的纳米复合材料、与生物、医学科学相结合结合发展的纳米复合材料、与生物、医学科学相结合结合发展的纳米复合材料、与生物、医学科学相结合发展的生物复合材料、与微机电、控制、传感技术等发展的生物复合材料、与微机电、控制、传感技术等发展的生物复合材料、与微机电、控制、传感技术等发展的生物复合材料、与微机电、控制、传感技术等相结合发展的智能复合材料等相结合发展的智能复合材料等相结合发展的智能复合材料等相结合发展的智能复合材料等Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料的应用复合材料的应用mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料的应用复合材料的应用 主要应用于国防、航空、航天等尖端科学技术领域主要应用于国防、航空、航天等尖端科学技术领域主要应用于国防、航空、航天等尖端科学技术领域主要应用于国防、航空、航天等尖端科学技术领域 民用领域民用领域民用领域民用领域 基础设施建设基础设施建设基础设施建设基础设施建设 大型建筑、桥墩、水坝、桥梁等大型建筑、桥墩、水坝、桥梁等大型建筑、桥墩、水坝、桥梁等大型建筑、桥墩、水坝、桥梁等 石油工业石油工业石油工业石油工业 原油输送、生产、贮存、致冷设备、气缸、海上平台等原油输送、生产、贮存、致冷设备、气缸、海上平台等原油输送、生产、贮存、致冷设备、气缸、海上平台等原油输送、生产、贮存、致冷设备、气缸、海上平台等 交通运输业交通运输业交通运输业交通运输业 汽车结构件、纤维增强高速公路路面及配套设备、铁路牵引机汽车结构件、纤维增强高速公路路面及配套设备、铁路牵引机汽车结构件、纤维增强高速公路路面及配套设备、铁路牵引机汽车结构件、纤维增强高速公路路面及配套设备、铁路牵引机车和车辆、舰船壳体和辅助构件、高性能自行车等车和车辆、舰船壳体和辅助构件、高性能自行车等车和车辆、舰船壳体和辅助构件、高性能自行车等车和车辆、舰船壳体和辅助构件、高性能自行车等 能源工业能源工业能源工业能源工业 火力发电的通风、管道、冷却系统，水力发电的电站、坝体和火力发电的通风、管道、冷却系统，水力发电的电站、坝体和火力发电的通风、管道、冷却系统，水力发电的电站、坝体和火力发电的通风、管道、冷却系统，水力发电的电站、坝体和隧道建设以及风力发电、太阳能发电等新能源方面隧道建设以及风力发电、太阳能发电等新能源方面隧道建设以及风力发电、太阳能发电等新能源方面隧道建设以及风力发电、太阳能发电等新能源方面 体育、娱乐产业体育、娱乐产业体育、娱乐产业体育、娱乐产业 高性能体育器械：网球、棒球、高尔夫、赛车、滑雪、鱼杆等高性能体育器械：网球、棒球、高尔夫、赛车、滑雪、鱼杆等高性能体育器械：网球、棒球、高尔夫、赛车、滑雪、鱼杆等高性能体育器械：网球、棒球、高尔夫、赛车、滑雪、鱼杆等 生物、医学领域生物、医学领域生物、医学领域生物、医学领域 电电子、信息子、信息子、信息子、信息产业产业Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology国防、航空航天领域应用国防、航空航天领域应用mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology国防、航空航天领域应用国防、航空航天领域应用先进复合材料是国防、航空航天领域不可替代的先进复合材料是国防、航空航天领域不可替代的先进复合材料是国防、航空航天领域不可替代的先进复合材料是国防、航空航天领域不可替代的关键材料之一，其水平和用量是国防、航空航天关键材料之一，其水平和用量是国防、航空航天关键材料之一，其水平和用量是国防、航空航天关键材料之一，其水平和用量是国防、航空航天产品先进性的重要标志之一产品先进性的重要标志之一产品先进性的重要标志之一产品先进性的重要标志之一 将先进复合材料用于航空航天结构上可相应减重将先进复合材料用于航空航天结构上可相应减重将先进复合材料用于航空航天结构上可相应减重将先进复合材料用于航空航天结构上可相应减重20 20 30%30%，这是其他先进技术无法达到的效果，因此其在，这是其他先进技术无法达到的效果，因此其在，这是其他先进技术无法达到的效果，因此其在，这是其他先进技术无法达到的效果，因此其在航空航天领域应用日益广泛，继铝、钢、钛之后，已航空航天领域应用日益广泛，继铝、钢、钛之后，已航空航天领域应用日益广泛，继铝、钢、钛之后，已航空航天领域应用日益广泛，继铝、钢、钛之后，已迅速发展成四大航空航天结构材料之一迅速发展成四大航空航天结构材料之一迅速发展成四大航空航天结构材料之一迅速发展成四大航空航天结构材料之一 航空航天工业的发展为先进复合材料提出了需求和经航空航天工业的发展为先进复合材料提出了需求和经航空航天工业的发展为先进复合材料提出了需求和经航空航天工业的发展为先进复合材料提出了需求和经费支持，先进复合材料的成功应用促进了航空航天的费支持，先进复合材料的成功应用促进了航空航天的费支持，先进复合材料的成功应用促进了航空航天的费支持，先进复合材料的成功应用促进了航空航天的进步。对先进复合材料的需求不断增加，体现了国防进步。对先进复合材料的需求不断增加，体现了国防进步。对先进复合材料的需求不断增加，体现了国防进步。对先进复合材料的需求不断增加，体现了国防航空航天领域对先进复合材料研发的巨大牵引航空航天领域对先进复合材料研发的巨大牵引航空航天领域对先进复合材料研发的巨大牵引航空航天领域对先进复合材料研发的巨大牵引mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology国防、航空航天领域应用国防、航空航天领域应用导弹、战机的航程、速度和机动性不断提高，要导弹、战机的航程、速度和机动性不断提高，要导弹、战机的航程、速度和机动性不断提高，要导弹、战机的航程、速度和机动性不断提高，要求实现武器装备的轻质化和小型化，从而要求采求实现武器装备的轻质化和小型化，从而要求采求实现武器装备的轻质化和小型化，从而要求采求实现武器装备的轻质化和小型化，从而要求采用高比强度、高比模量的结构复合材料。用高比强度、高比模量的结构复合材料。用高比强度、高比模量的结构复合材料。用高比强度、高比模量的结构复合材料。航空航天复合材料从最初的木材、帆布、发展到航空航天复合材料从最初的木材、帆布、发展到航空航天复合材料从最初的木材、帆布、发展到航空航天复合材料从最初的木材、帆布、发展到铝合金、钛合金，再发展到复合材料，反映了航铝合金、钛合金，再发展到复合材料，反映了航铝合金、钛合金，再发展到复合材料，反映了航铝合金、钛合金，再发展到复合材料，反映了航空航天技术的发展历史一直伴随着结构材料比强空航天技术的发展历史一直伴随着结构材料比强空航天技术的发展历史一直伴随着结构材料比强空航天技术的发展历史一直伴随着结构材料比强度、比模量不断提高的过程度、比模量不断提高的过程度、比模量不断提高的过程度、比模量不断提高的过程现在国外复合材料在武器装备上的应用有两个明现在国外复合材料在武器装备上的应用有两个明现在国外复合材料在武器装备上的应用有两个明现在国外复合材料在武器装备上的应用有两个明显的技术特征，即范围越来越大和性能越来越好显的技术特征，即范围越来越大和性能越来越好显的技术特征，即范围越来越大和性能越来越好显的技术特征，即范围越来越大和性能越来越好mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology轻质化轻质化国防、航空航天的永恒主题国防、航空航天的永恒主题降低结构质量降低结构质量提高结构效率提高结构效率增加有效载荷增加有效载荷增加射程和续航能力增加射程和续航能力减小能耗、降低成本减小能耗、降低成本机动性能和生存能力机动性能和生存能力mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology国防、航空航天领域应用国防、航空航天领域应用以碳以碳/碳、碳碳、碳/酚醛等为代表的酚醛等为代表的多向编织防热复合材料是洲际战略多向编织防热复合材料是洲际战略导弹弹头、固体火箭发动机喷管等导弹弹头、固体火箭发动机喷管等关键热结构部件无可替代的防热关键热结构部件无可替代的防热/结结构材料，要承受超高温、高压和多构材料，要承受超高温、高压和多相粒子流的高速冲刷等极为恶劣的相粒子流的高速冲刷等极为恶劣的服役环境，对其使用规范、可靠性服役环境，对其使用规范、可靠性能否做出准确估算将取决于对该过能否做出准确估算将取决于对该过程力学现象的理解深度程力学现象的理解深度mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology国防、航空航天领域应用国防、航空航天领域应用国防、航空航天领域追求性能第一的特点，使得国防、航空航天领域追求性能第一的特点，使得其成为先进复合材料技术率先实验和转化的战场其成为先进复合材料技术率先实验和转化的战场弹箭主体结构、弹头、整流罩、固体火箭发动机等各弹箭主体结构、弹头、整流罩、固体火箭发动机等各个部位个部位卫星承力结构、天线、太阳电池帆板等卫星承力结构、天线、太阳电池帆板等坦克装甲、避弹产品等坦克装甲、避弹产品等最大限度地追求复合材料化最大限度地追求复合材料化mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology国防、航空航天领域应用国防、航空航天领域应用战略导弹弹头减少战略导弹弹头减少1Kg结构结构重量，增加射程重量，增加射程20Km战略导弹三级固体火箭战略导弹三级固体火箭发动机减少发动机减少1Kg结构重量，结构重量，增加射程增加射程16Km某第三级固体发动机壳体采用碳某第三级固体发动机壳体采用碳/环氧复合材料后，结构质量由原环氧复合材料后，结构质量由原来的来的116千克降为千克降为46千克，仅此就千克，仅此就将导弹射程提高将导弹射程提高1000Km以上以上mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology国防、航空航天领域应用国防、航空航天领域应用mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology国防、航空航天领域应用国防、航空航天领域应用mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology国防、航空航天领域应用国防、航空航天领域应用mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology国防、航空航天领域应用国防、航空航天领域应用mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology轻质化轻质化国防、航空航天的永恒主题国防、航空航天的永恒主题 Reusable launch VehicleReusable launch Vehicle（RLVRLV） Space Operations Vehicle (SOV)Space Operations Vehicle (SOV) Hypersonic Cruise Vehicle (HCV)Hypersonic Cruise Vehicle (HCV) Common Aero Vehicle (CAV)Common Aero Vehicle (CAV) Enhanced CAV (ECAV)Enhanced CAV (ECAV) Expendable Launch Expendable Launch VehiclesVehicles（ELVELV） Small Launch Vehicle (SLV)Small Launch Vehicle (SLV)mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology轻质化轻质化国防、航空航天的永恒主题国防、航空航天的永恒主题mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of TechnologyX-43“Stratellite ”飞飞艇艇HCV太空船太空船1号号 HAAHeliosmechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of TechnologyX-33复合材料液氢贮箱复合材料液氢贮箱 贮箱结构形式为二层薄轻质碳纤维复合材料层板，中间为浸树脂贮箱结构形式为二层薄轻质碳纤维复合材料层板，中间为浸树脂贮箱结构形式为二层薄轻质碳纤维复合材料层板，中间为浸树脂贮箱结构形式为二层薄轻质碳纤维复合材料层板，中间为浸树脂KevlarKevlar纸蜂窝，环氧树脂胶粘接纸蜂窝，环氧树脂胶粘接纸蜂窝，环氧树脂胶粘接纸蜂窝，环氧树脂胶粘接 关键技术为耐低温树脂的研发及其固化工艺关键技术为耐低温树脂的研发及其固化工艺关键技术为耐低温树脂的研发及其固化工艺关键技术为耐低温树脂的研发及其固化工艺 实验未能成功：其破坏的直接原因是由于低温导致树脂基体开裂，氢实验未能成功：其破坏的直接原因是由于低温导致树脂基体开裂，氢实验未能成功：其破坏的直接原因是由于低温导致树脂基体开裂，氢实验未能成功：其破坏的直接原因是由于低温导致树脂基体开裂，氢气泄漏，升温后裂纹愈合，将气体包裹在里面气泄漏，升温后裂纹愈合，将气体包裹在里面气泄漏，升温后裂纹愈合，将气体包裹在里面气泄漏，升温后裂纹愈合，将气体包裹在里面mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology临近空间发展的飞行器临近空间发展的飞行器复合多层结构（复合多层结构（TPSTPS、热结构、机体结构）、热结构、机体结构）mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technologymechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology歼击机更新换代及其相关的关键材料歼击机更新换代及其相关的关键材料歼击歼击机机代表机型代表机型技技术术特征特征关关键键材料材料第一代第一代F-100F-100超声速超声速钢钢、铝铝合金（一代）合金（一代）第二代第二代F-4F-4全天候全天候铝铝合金（二代）合金（二代）高温合金（一代）高温合金（一代）第三代第三代F-15F-15高机高机动动性性高性能高性能钛钛合金、合金、定向凝固高温合金（二代）定向凝固高温合金（二代）先先进进复合材料（一代）复合材料（一代）第四代第四代F-22F-22超声速巡航、非超声速巡航、非常常规规机机动动、隐隐身身先先进进复合材料（二代）复合材料（二代）单单晶高温合金（三代）晶高温合金（三代）mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology军用先进材料技术在军用先进材料技术在军机结构减重中的重要性及发展趋势军机结构减重中的重要性及发展趋势0 01010202030304040505019601960195019501970197019801980199019902000200020102010主动载荷控制及颤振控制主动载荷控制及颤振控制自动化设计自动化设计先进结构概念先进结构概念新材料及改进型材料新材料及改进型材料年代年代 结结构构减减重重（）材料技术对军用飞材料技术对军用飞机结构减重的贡献机结构减重的贡献率达到率达到70% 70% mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology航空航空航空领域的材料体系更航空领域的材料体系更航空领域的材料体系更航空领域的材料体系更加强调性能和可靠性的加强调性能和可靠性的加强调性能和可靠性的加强调性能和可靠性的综合，只有应用先进复综合，只有应用先进复综合，只有应用先进复综合，只有应用先进复合材料才能实现减重合材料才能实现减重合材料才能实现减重合材料才能实现减重20%20%以上以上以上以上 尾翼（垂尾和平尾）复尾翼（垂尾和平尾）复尾翼（垂尾和平尾）复尾翼（垂尾和平尾）复合材料化：占结构重量合材料化：占结构重量合材料化：占结构重量合材料化：占结构重量达到达到达到达到5-7%5-7% 机翼复合材料化：占结机翼复合材料化：占结机翼复合材料化：占结机翼复合材料化：占结构重量达到构重量达到构重量达到构重量达到12-15%12-15% 前机身和中机身复合材前机身和中机身复合材前机身和中机身复合材前机身和中机身复合材料化：占结构重量料化：占结构重量料化：占结构重量料化：占结构重量25%25%mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology航空航空三十多年来走过了一条由小到大，由弱到强、由三十多年来走过了一条由小到大，由弱到强、由三十多年来走过了一条由小到大，由弱到强、由三十多年来走过了一条由小到大，由弱到强、由少到多、由结构到功能的发展道路，大致分为三少到多、由结构到功能的发展道路，大致分为三少到多、由结构到功能的发展道路，大致分为三少到多、由结构到功能的发展道路，大致分为三个阶段个阶段个阶段个阶段 第一阶段：用于舱门、口盖、整流罩以及襟、副翼、第一阶段：用于舱门、口盖、整流罩以及襟、副翼、第一阶段：用于舱门、口盖、整流罩以及襟、副翼、第一阶段：用于舱门、口盖、整流罩以及襟、副翼、方向舵等操纵面上，受力较小、规模较小，于方向舵等操纵面上，受力较小、规模较小，于方向舵等操纵面上，受力较小、规模较小，于方向舵等操纵面上，受力较小、规模较小，于60606060年代年代年代年代末末末末70707070年代初完成年代初完成年代初完成年代初完成 第二阶段：用于垂尾、平尾等受力较大、规模较大的第二阶段：用于垂尾、平尾等受力较大、规模较大的第二阶段：用于垂尾、平尾等受力较大、规模较大的第二阶段：用于垂尾、平尾等受力较大、规模较大的尾翼一级部件，自尾翼一级部件，自尾翼一级部件，自尾翼一级部件，自70707070年代初始，至今仍在延续，现军年代初始，至今仍在延续，现军年代初始，至今仍在延续，现军年代初始，至今仍在延续，现军机尾翼一级部件已均为复合材料的了。机尾翼一级部件已均为复合材料的了。机尾翼一级部件已均为复合材料的了。机尾翼一级部件已均为复合材料的了。其中其中其中其中F-14F-14F-14F-14的硼的硼的硼的硼/ / / /环氧复合材料平尾于环氧复合材料平尾于环氧复合材料平尾于环氧复合材料平尾于1971197119711971年前后研制成功，是复合材年前后研制成功，是复合材年前后研制成功，是复合材年前后研制成功，是复合材料发展史上一个重要里程碑料发展史上一个重要里程碑料发展史上一个重要里程碑料发展史上一个重要里程碑，此后则有，此后则有，此后则有，此后则有F-15F-15F-15F-15、F-16F-16F-16F-16、F-18F-18F-18F-18、B1-BB1-BB1-BB1-B、幻影、幻影、幻影、幻影2000200020002000和幻影和幻影和幻影和幻影4000400040004000等，此时复合材等，此时复合材等，此时复合材等，此时复合材料用量一般不超过结构总重的料用量一般不超过结构总重的料用量一般不超过结构总重的料用量一般不超过结构总重的5%5%5%5%mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology航空航空 第三阶段：用于机翼、机身等主要受力结构上、受力很大、第三阶段：用于机翼、机身等主要受力结构上、受力很大、第三阶段：用于机翼、机身等主要受力结构上、受力很大、第三阶段：用于机翼、机身等主要受力结构上、受力很大、规模很大。其中规模很大。其中规模很大。其中规模很大。其中美国麦道飞机公司于美国麦道飞机公司于美国麦道飞机公司于美国麦道飞机公司于19761976年率先研制年率先研制年率先研制年率先研制F-F-1818的复合材料机翼，并于的复合材料机翼，并于的复合材料机翼，并于的复合材料机翼，并于19821982年进入服役，把复合材料年进入服役，把复合材料年进入服役，把复合材料年进入服役，把复合材料用量提高到了用量提高到了用量提高到了用量提高到了13%13%，此后该公司又将复合材料用于，此后该公司又将复合材料用于，此后该公司又将复合材料用于，此后该公司又将复合材料用于AV-8BAV-8B的机翼和前机身上，其用量为的机翼和前机身上，其用量为的机翼和前机身上，其用量为的机翼和前机身上，其用量为26%26%，使复合材料在飞机上，使复合材料在飞机上，使复合材料在飞机上，使复合材料在飞机上的应用跨入了第三个阶段，自的应用跨入了第三个阶段，自的应用跨入了第三个阶段，自的应用跨入了第三个阶段，自8080年代初始至今年代初始至今年代初始至今年代初始至今 此后世界各国较新研制的性能先进的军机机翼一级的部件此后世界各国较新研制的性能先进的军机机翼一级的部件此后世界各国较新研制的性能先进的军机机翼一级的部件此后世界各国较新研制的性能先进的军机机翼一级的部件已几乎无一例外地都是复合材料的了，机身也程度不同的已几乎无一例外地都是复合材料的了，机身也程度不同的已几乎无一例外地都是复合材料的了，机身也程度不同的已几乎无一例外地都是复合材料的了，机身也程度不同的采用了复合材料：如美国的采用了复合材料：如美国的采用了复合材料：如美国的采用了复合材料：如美国的B-2B-2、F-22F-22、F-35F-35（JSFJSF），），），），法国的法国的法国的法国的“ “阵风阵风阵风阵风” ”（RafaleRafale）、瑞典的）、瑞典的）、瑞典的）、瑞典的JAS39JAS39、欧洲英、德、欧洲英、德、欧洲英、德、欧洲英、德、意、西四国的意、西四国的意、西四国的意、西四国的“ “台风台风台风台风” ”（EF2000EF2000），日本的），日本的），日本的），日本的F2F2、印度的、印度的、印度的、印度的LCALCA、俄罗斯的、俄罗斯的、俄罗斯的、俄罗斯的C-37C-37等等等等 目前军机上复合材料用量占结构总重的目前军机上复合材料用量占结构总重的目前军机上复合材料用量占结构总重的目前军机上复合材料用量占结构总重的2050%2050%左右不等左右不等左右不等左右不等mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology航空航空四十年代的原子弹、四十年代的原子弹、五十年代的北极星导五十年代的北极星导弹，高度机密弹，高度机密mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology机型机型复合材料用复合材料用量量(%)应用部位应用部位F-140.8平尾蒙皮、水平安定面抗扭盒平尾蒙皮、水平安定面抗扭盒F-151.6垂直安定面、方向舵、水平安定面蒙皮、减速板垂直安定面、方向舵、水平安定面蒙皮、减速板F-163.4垂直安定面抗扭盒、安定面前缘、方向舵垂直安定面抗扭盒、安定面前缘、方向舵幻影幻影20008.4垂尾安定面抗扭盒蒙皮、方向舵、升降副翼、电子舱口盖、起落垂尾安定面抗扭盒蒙皮、方向舵、升降副翼、电子舱口盖、起落架舱门架舱门幻影幻影400010.7垂直安定面、方向舵、升降副翼、鸭翼垂直安定面、方向舵、升降副翼、鸭翼F-1812.1垂尾、平尾、操纵面、减速板、前缘、口盖、机翼翼面蒙皮垂尾、平尾、操纵面、减速板、前缘、口盖、机翼翼面蒙皮AV-8B26.3翼身整流罩、发动机舱门、副翼、襟翼、升降舵方向舵、前机身、翼身整流罩、发动机舱门、副翼、襟翼、升降舵方向舵、前机身、机翼抗扭盒蒙皮和结构机翼抗扭盒蒙皮和结构Rafale24操纵面、起落架舱门、检修门、鸭翼、机翼、机身（操纵面、起落架舱门、检修门、鸭翼、机翼、机身（50%）EF200030垂尾、鸭翼、前机身、起落架舱门、进气道、机翼、机身垂尾、鸭翼、前机身、起落架舱门、进气道、机翼、机身JAS3930垂尾、鸭翼、前机身、起落架舱门、进气道、机翼垂尾、鸭翼、前机身、起落架舱门、进气道、机翼F-2226垂尾、平尾、升降副翼、襟翼、口盖、起落架舱门、机翼、前机垂尾、平尾、升降副翼、襟翼、口盖、起落架舱门、机翼、前机身、中机身身、中机身B-250迄今最大的迄今最大的52米翼展复合材料结构米翼展复合材料结构X-29-前掠翼前掠翼X-31A17前机身蒙皮、进气道、前翼、垂尾、方向舵、机翼蒙皮前机身蒙皮、进气道、前翼、垂尾、方向舵、机翼蒙皮V-2251机翼整体壁板、梁、肋、前后缘机翼、尾翼机翼整体壁板、梁、肋、前后缘机翼、尾翼mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology航空航空mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology航空航空J10J11B先先先先进进进进复复复复合合合合材材材材料料料料占占占占机机机机体体体体重重重重量量量量百百百百分分分分比比比比四代机四代机我国我国J10J10的复合材料用量占结构重量的的复合材料用量占结构重量的6%6%，正在研发的正在研发的J11BJ11B用量提高到了用量提高到了9%9%，战斗机复，战斗机复合材料用量储备达到了合材料用量储备达到了20%20%以上以上 mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology航空航空结构功能一体化结构功能一体化结构功能一体化结构功能一体化 美国于美国于美国于美国于19881988年相继公布了年相继公布了年相继公布了年相继公布了“ “F-117A”F-117A”隐身战斗机和隐身战斗机和隐身战斗机和隐身战斗机和“ “B-2”B-2”隐身轰炸机研制成功的信息；隐身轰炸机研制成功的信息；隐身轰炸机研制成功的信息；隐身轰炸机研制成功的信息；19901990年披露了年披露了年披露了年披露了“ “AGM-129A”AGM-129A”先进隐身巡航导弹已经进行试飞；先进隐身巡航导弹已经进行试飞；先进隐身巡航导弹已经进行试飞；先进隐身巡航导弹已经进行试飞；19931993年公布了年公布了年公布了年公布了“ “海影号海影号海影号海影号” ”隐身战舰试航的消息；同时指出：隐身战舰试航的消息；同时指出：隐身战舰试航的消息；同时指出：隐身战舰试航的消息；同时指出：“ “对各军兵种来说，拥有一种隐身武器，可能与五十对各军兵种来说，拥有一种隐身武器，可能与五十对各军兵种来说，拥有一种隐身武器，可能与五十对各军兵种来说，拥有一种隐身武器，可能与五十年代拥有一种和能力具有同样的重要性年代拥有一种和能力具有同样的重要性年代拥有一种和能力具有同样的重要性年代拥有一种和能力具有同样的重要性” ” 美国第四代先进战术战斗机美国第四代先进战术战斗机美国第四代先进战术战斗机美国第四代先进战术战斗机“ “F-22”F-22”已经装备部队，该已经装备部队，该已经装备部队，该已经装备部队，该机实现了隐身、速度和机动性的高度统一，其雷达散机实现了隐身、速度和机动性的高度统一，其雷达散机实现了隐身、速度和机动性的高度统一，其雷达散机实现了隐身、速度和机动性的高度统一，其雷达散射截面仅为射截面仅为射截面仅为射截面仅为0.05m20.05m2，比，比，比，比“ “F-15”F-15”下降了下降了下降了下降了100100倍以上倍以上倍以上倍以上mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology航空航空 在这些隐身飞行器上无一例外地大量采用了复合材料。如在这些隐身飞行器上无一例外地大量采用了复合材料。如在这些隐身飞行器上无一例外地大量采用了复合材料。如在这些隐身飞行器上无一例外地大量采用了复合材料。如“ “B-2”B-2”机身结构，除主梁和发动机采用钛合金外，其余皆机身结构，除主梁和发动机采用钛合金外，其余皆机身结构，除主梁和发动机采用钛合金外，其余皆机身结构，除主梁和发动机采用钛合金外，其余皆由碳纤维和石墨纤维等复合材料构成；由碳纤维和石墨纤维等复合材料构成；由碳纤维和石墨纤维等复合材料构成；由碳纤维和石墨纤维等复合材料构成；“ “F-22”F-22”前机身复前机身复前机身复前机身复合材料用量占合材料用量占合材料用量占合材料用量占50%50%、中机身占、中机身占、中机身占、中机身占30%30%，机翼占，机翼占，机翼占，机翼占38%38%，比例相，比例相，比例相，比例相当可观。这是对飞行器隐身、结构重量、特殊外形的制造当可观。这是对飞行器隐身、结构重量、特殊外形的制造当可观。这是对飞行器隐身、结构重量、特殊外形的制造当可观。这是对飞行器隐身、结构重量、特殊外形的制造等各方面要求综合考虑的结果。等各方面要求综合考虑的结果。等各方面要求综合考虑的结果。等各方面要求综合考虑的结果。 值得注意的是，在值得注意的是，在值得注意的是，在值得注意的是，在“ “B-2”B-2”和和和和“ “F-22”F-22”飞机上采用了结构新飞机上采用了结构新飞机上采用了结构新飞机上采用了结构新型吸波材料。它由具有不同电磁特性和力学性能的树脂基型吸波材料。它由具有不同电磁特性和力学性能的树脂基型吸波材料。它由具有不同电磁特性和力学性能的树脂基型吸波材料。它由具有不同电磁特性和力学性能的树脂基体、增强纤维、吸收剂和特种蜂窝芯材所组成。该结构的体、增强纤维、吸收剂和特种蜂窝芯材所组成。该结构的体、增强纤维、吸收剂和特种蜂窝芯材所组成。该结构的体、增强纤维、吸收剂和特种蜂窝芯材所组成。该结构的最外层具有良好的透波性能，而底层为全反射层，以阻止最外层具有良好的透波性能，而底层为全反射层，以阻止最外层具有良好的透波性能，而底层为全反射层，以阻止最外层具有良好的透波性能，而底层为全反射层，以阻止雷达波束进入机（弹）体内部，中间层为经过阻抗匹配设雷达波束进入机（弹）体内部，中间层为经过阻抗匹配设雷达波束进入机（弹）体内部，中间层为经过阻抗匹配设雷达波束进入机（弹）体内部，中间层为经过阻抗匹配设计的吸收损耗层，包括特种蜂窝芯材，在蜂窝空格中可以计的吸收损耗层，包括特种蜂窝芯材，在蜂窝空格中可以计的吸收损耗层，包括特种蜂窝芯材，在蜂窝空格中可以计的吸收损耗层，包括特种蜂窝芯材，在蜂窝空格中可以填充吸波材料，对雷达波起到填充吸波材料，对雷达波起到填充吸波材料，对雷达波起到填充吸波材料，对雷达波起到“ “透透透透” ”、“ “吸吸吸吸” ”、“ “散散散散” ”的的的的作用。该结构型吸波材料能够吸收较宽频带的雷达波，同作用。该结构型吸波材料能够吸收较宽频带的雷达波，同作用。该结构型吸波材料能够吸收较宽频带的雷达波，同作用。该结构型吸波材料能够吸收较宽频带的雷达波，同时具有良好的力学性能，是一种多功能材料时具有良好的力学性能，是一种多功能材料时具有良好的力学性能，是一种多功能材料时具有良好的力学性能，是一种多功能材料mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of TechnologyF-117材料应用情况材料应用情况PEEK-PEEK-聚醚醚酮聚醚醚酮mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of TechnologyF-22F-22材料应用情况材料应用情况25% 25% 25% 25% （24%24%24%24%为热固性树脂复为热固性树脂复为热固性树脂复为热固性树脂复合材料，合材料，合材料，合材料，1%1%1%1%为热塑性树脂复为热塑性树脂复为热塑性树脂复为热塑性树脂复合材料，几乎覆盖了飞机的合材料，几乎覆盖了飞机的合材料，几乎覆盖了飞机的合材料，几乎覆盖了飞机的全部外表面）全部外表面）全部外表面）全部外表面）mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of TechnologyB-2材料应用情况材料应用情况mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology大型民机大型民机第一阶段：受力很小的构件：前缘、口盖、整流第一阶段：受力很小的构件：前缘、口盖、整流罩、扰流板等，该阶段约于罩、扰流板等，该阶段约于7070年代中期结束年代中期结束第二阶段：受力较小的部件：升降舵、方向舵、第二阶段：受力较小的部件：升降舵、方向舵、襟副翼等。襟副翼等。19751975年年NASANASA开始执行开始执行ACEEACEE计划计划（飞机节能计划）：减重、节油、增加商载。该（飞机节能计划）：减重、节油、增加商载。该阶段约于阶段约于8080年代初结束年代初结束第三阶段：受力较大的部件：平尾、垂尾仍在第三阶段：受力较大的部件：平尾、垂尾仍在ACEEACEE计划下执行，该阶段约于计划下执行，该阶段约于8585年前后完成年前后完成第四阶段：在生产型飞机上正式设计应用第四阶段：在生产型飞机上正式设计应用mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology大型民机大型民机机型机型类别类别最大起最大起飞重飞重量量结构结构重量重量复合材复合材料用料用量量图图204204近近- -中程中程/150-186/150-186座座/ /窄机身窄机身93.593.529.429.43.23.2伊尔伊尔96-30096-300中中- -远程远程/187-250/187-250座座/ /宽机身宽机身23023065654.024.02A-300-600A-300-600中中- -远程远程/251-350/251-350座座/ /宽机身宽机身16516551516.26.2A-310-300A-310-300中中- -远程远程/187-250/187-250座座/ /宽机身宽机身15015044.744.76.26.2A-320A-320近近- -中程中程/150-186/150-186座座/ /窄机身窄机身727220.820.84.54.5A-340A-340中中- -远程远程/251-350/251-350座座/ /宽机身宽机身23523576761111B-777B-777中中- -远程远程/350/350座以上座以上/ /宽机身宽机身- - -9.99.9mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology大型民机大型民机国国外外客客机机A3105垂直安定面抗扭盒垂直安定面抗扭盒A3205.5垂直安定面、水平安定面、垂直安定面、水平安定面、外侧襟翼外侧襟翼A3408中央翼盒、襟翼中央翼盒、襟翼B-7673襟翼、副翼、整流装置襟翼、副翼、整流装置B-77711尾翼等尾翼等MD-11-副翼、襟翼、外翼蒙皮副翼、襟翼、外翼蒙皮MD-12-机翼翼盒的蒙皮及其它次要机翼翼盒的蒙皮及其它次要构件构件mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology大型民机大型民机mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology大型民机大型民机波音：波音：B777B777：共用复合材料：共用复合材料：共用复合材料：共用复合材料9.99.9吨，占结构总重的吨，占结构总重的吨，占结构总重的吨，占结构总重的11%11%B7E7B7E7：（：（：（：（Sonic cruiserSonic cruiser）：拟采用）：拟采用）：拟采用）：拟采用60%60%空中客车空中客车A320A320、321321、322322：15%15%A380A380：25%25%，3232吨吨吨吨支线客机和公务机：支线客机和公务机：10-20%mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology大型民机大型民机mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of TechnologyBoeing-777mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology7E77E7（Boeing 7Boeing 78 87 7）7E77E7客机将是第一架包括机翼和机身在内大部分客机将是第一架包括机翼和机身在内大部分主体结构由复合材料制成的商用喷气式客机主体结构由复合材料制成的商用喷气式客机项目专家说，改用复合材料这一飞机设计的重大变革项目专家说，改用复合材料这一飞机设计的重大变革可能会给全球的铝工业带来沉重打击可能会给全球的铝工业带来沉重打击 波音民机集团副总裁迈克波音民机集团副总裁迈克 拜尔（拜尔（Mike Bair):“Mike Bair):“复合材复合材料为我们提供了多种优势，如耐用性更强、维修率更料为我们提供了多种优势，如耐用性更强、维修率更低，而且未来具有极大的研发潜力，我们相信，随着低，而且未来具有极大的研发潜力，我们相信，随着人类飞行进入第二个世纪，人类飞行进入第二个世纪， 这一选择将帮助波音在采这一选择将帮助波音在采用现代化的材料技术方面，占据优势地位用现代化的材料技术方面，占据优势地位” ”Chinamechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology大型民机大型民机欧洲欧洲欧洲欧洲Airbus-A380Airbus-A380 双层，双层，双层，双层，500-650500-650人，人，人，人，20042004首飞，首飞，首飞，首飞，20062006交付交付交付交付 中央翼盒、部分外翼、机身上蒙皮壁板、地板梁、后中央翼盒、部分外翼、机身上蒙皮壁板、地板梁、后中央翼盒、部分外翼、机身上蒙皮壁板、地板梁、后中央翼盒、部分外翼、机身上蒙皮壁板、地板梁、后隔板框、垂尾、平尾等使用复合材料隔板框、垂尾、平尾等使用复合材料隔板框、垂尾、平尾等使用复合材料隔板框、垂尾、平尾等使用复合材料 仅碳纤维复合材料用量可达仅碳纤维复合材料用量可达仅碳纤维复合材料用量可达仅碳纤维复合材料用量可达3232吨左右，加上其他各种吨左右，加上其他各种吨左右，加上其他各种吨左右，加上其他各种复合材料，估计总用量在复合材料，估计总用量在复合材料，估计总用量在复合材料，估计总用量在25%25%左右左右左右左右 开创大型民机大量使用复合材料的先河开创大型民机大量使用复合材料的先河开创大型民机大量使用复合材料的先河开创大型民机大量使用复合材料的先河 超混杂复合材料超混杂复合材料超混杂复合材料超混杂复合材料GlareGlare大量采用（耐疲劳）大量采用（耐疲劳）大量采用（耐疲劳）大量采用（耐疲劳） 热塑性复合材料（机翼前缘）热塑性复合材料（机翼前缘）热塑性复合材料（机翼前缘）热塑性复合材料（机翼前缘） 复合材料焊接技术复合材料焊接技术复合材料焊接技术复合材料焊接技术mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology大型民机大型民机mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology大型民机大型民机Airbus-A380Airbus-A380超混杂纤维增强复合材料超混杂纤维增强复合材料Glare是玻璃纤维增强铝合金层板，是玻璃纤维增强铝合金层板，与以前发展的芳纶纤维增强铝与以前发展的芳纶纤维增强铝合金层板合金层板ARALL相比，除成本相比，除成本较低外，还具有极好的双轴向较低外，还具有极好的双轴向承载和适于机身的疲劳性能承载和适于机身的疲劳性能mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology大型民机大型民机mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology轻型飞机、通用航空（轻型飞机、通用航空（70-90%） 小型民机又称轻型飞机，一般乘员不超过小型民机又称轻型飞机，一般乘员不超过小型民机又称轻型飞机，一般乘员不超过小型民机又称轻型飞机，一般乘员不超过9 9 9 9人，该类飞机人，该类飞机人，该类飞机人，该类飞机用复合材料量最大，有许多全复合材料飞机（用复合材料量最大，有许多全复合材料飞机（用复合材料量最大，有许多全复合材料飞机（用复合材料量最大，有许多全复合材料飞机（90%90%90%90%以上），以上），以上），以上），如如如如Lear Fan2100Lear Fan2100Lear Fan2100Lear Fan2100、AVTEK400AVTEK400AVTEK400AVTEK400、Lancair320Lancair320Lancair320Lancair320、Starship 1Starship 1Starship 1Starship 1、 VoyagerVoyagerVoyagerVoyager等等等等 其中其中其中其中Starship 1Starship 1Starship 1Starship 1（星舟（星舟（星舟（星舟1 1 1 1号）是第一个获得号）是第一个获得号）是第一个获得号）是第一个获得FAAFAAFAAFAA合格证的全复合材合格证的全复合材合格证的全复合材合格证的全复合材料飞机，料飞机，料飞机，料飞机，VoyagerVoyagerVoyagerVoyager（旅游者号）于（旅游者号）于（旅游者号）于（旅游者号）于1986198619861986年创下了不加油，不着陆年创下了不加油，不着陆年创下了不加油，不着陆年创下了不加油，不着陆连续环球飞行连续环球飞行连续环球飞行连续环球飞行9 9 9 9天、天、天、天、40252km40252km40252km40252km的世界纪录的世界纪录的世界纪录的世界纪录 通用航空是指除军用航空和民用运输航空以外，为国民经通用航空是指除军用航空和民用运输航空以外，为国民经通用航空是指除军用航空和民用运输航空以外，为国民经通用航空是指除军用航空和民用运输航空以外，为国民经济各行各业服务的所有航空活动的总称，该领域多与轻型济各行各业服务的所有航空活动的总称，该领域多与轻型济各行各业服务的所有航空活动的总称，该领域多与轻型济各行各业服务的所有航空活动的总称，该领域多与轻型飞机相关，在我国具有较大的发展空间飞机相关，在我国具有较大的发展空间飞机相关，在我国具有较大的发展空间飞机相关，在我国具有较大的发展空间mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology VoyagerVoyagermechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology直升机（直升机（50-80% 中国：中国：50%）包括军用直升机、民用直升机和轻型直升机，在包括军用直升机、民用直升机和轻型直升机，在包括军用直升机、民用直升机和轻型直升机，在包括军用直升机、民用直升机和轻型直升机，在各种直升机上先进复合材料的用量均较大，超过各种直升机上先进复合材料的用量均较大，超过各种直升机上先进复合材料的用量均较大，超过各种直升机上先进复合材料的用量均较大，超过军机、民机的用量军机、民机的用量军机、民机的用量军机、民机的用量 美国有美国有美国有美国有ACAP ACAP （Advanced Composite Application Advanced Composite Application PlanPlan）计划。在此计划下研制了）计划。在此计划下研制了）计划。在此计划下研制了）计划。在此计划下研制了H360H360，S-75S-75，BK-BK-117117、V-22V-22等均大量应用了复合材料等均大量应用了复合材料等均大量应用了复合材料等均大量应用了复合材料 典型的典型的典型的典型的V-22V-22，可垂直起落、倾转旋翼后又能高速巡航，可垂直起落、倾转旋翼后又能高速巡航，可垂直起落、倾转旋翼后又能高速巡航，可垂直起落、倾转旋翼后又能高速巡航，用复合材料用复合材料用复合材料用复合材料30003000公斤，占结构总重的公斤，占结构总重的公斤，占结构总重的公斤，占结构总重的50%50%左右；左右；左右；左右；RAH66RAH66（50%50%）；欧洲的）；欧洲的）；欧洲的）；欧洲的TigerTiger，虎式武装直升机用量，虎式武装直升机用量，虎式武装直升机用量，虎式武装直升机用量更高达更高达更高达更高达80%80%mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology直升机直升机mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology直升机直升机mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology直升机直升机台湾纬华直升机公司的台湾纬华直升机公司的台湾纬华直升机公司的台湾纬华直升机公司的ULTRASPORTULTRASPORT系列超轻系列超轻系列超轻系列超轻型直升机为全复合材料直升机，双座的轻达型直升机为全复合材料直升机，双座的轻达型直升机为全复合材料直升机，双座的轻达型直升机为全复合材料直升机，双座的轻达180kg180kg，创造了当时的世界之最，创造了当时的世界之最，创造了当时的世界之最，创造了当时的世界之最mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology无人机（无人机（50-80%，中国目标：，中国目标：80%） 各种无人机，包括无人侦察机和无人作战飞机（各种无人机，包括无人侦察机和无人作战飞机（各种无人机，包括无人侦察机和无人作战飞机（各种无人机，包括无人侦察机和无人作战飞机（UCAV-UCAV-Uninhabited Combat aerial VehicleUninhabited Combat aerial Vehicle），作为一种），作为一种），作为一种），作为一种 新型航空作战武器是当前发展研究的一个热点新型航空作战武器是当前发展研究的一个热点新型航空作战武器是当前发展研究的一个热点新型航空作战武器是当前发展研究的一个热点 无人机具有低成本、轻结构、高机动、大过载、长航程、无人机具有低成本、轻结构、高机动、大过载、长航程、无人机具有低成本、轻结构、高机动、大过载、长航程、无人机具有低成本、轻结构、高机动、大过载、长航程、高隐身、低使用寿命、长储存寿命的鲜明技术特点，这些高隐身、低使用寿命、长储存寿命的鲜明技术特点，这些高隐身、低使用寿命、长储存寿命的鲜明技术特点，这些高隐身、低使用寿命、长储存寿命的鲜明技术特点，这些特点决定了其对减重有迫切的需求，从而对复合材料有迫特点决定了其对减重有迫切的需求，从而对复合材料有迫特点决定了其对减重有迫切的需求，从而对复合材料有迫特点决定了其对减重有迫切的需求，从而对复合材料有迫切的需求切的需求切的需求切的需求 各种无人机上复合材料的用量较有人机的要大，一般在各种无人机上复合材料的用量较有人机的要大，一般在各种无人机上复合材料的用量较有人机的要大，一般在各种无人机上复合材料的用量较有人机的要大，一般在5080%5080%之间，有的甚至是全复合材料飞机之间，有的甚至是全复合材料飞机之间，有的甚至是全复合材料飞机之间，有的甚至是全复合材料飞机mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology无人机无人机 全球鹰（全球鹰（全球鹰（全球鹰（Global HawkGlobal HawkGlobal HawkGlobal Hawk）、捕食者）、捕食者）、捕食者）、捕食者(Predator(Predator(Predator(Predator）、暗星）、暗星）、暗星）、暗星（Dark StarDark StarDark StarDark Star）等，以色列的先锋（）等，以色列的先锋（）等，以色列的先锋（）等，以色列的先锋（PioneerPioneerPioneerPioneer）、搜索者）、搜索者）、搜索者）、搜索者（SearcherSearcherSearcherSearcher）等均为全复合材料无人机）等均为全复合材料无人机）等均为全复合材料无人机）等均为全复合材料无人机 UCAVUCAVUCAVUCAV中的中的中的中的X-45AX-45AX-45AX-45A，2000200020002000年年年年9 9 9 9月月月月27272727日出厂、日出厂、日出厂、日出厂、 2002200220022002年年年年5 5 5 5月月月月22222222日首飞日首飞日首飞日首飞 X-45BX-45BX-45BX-45B，将于，将于，将于，将于2005200520052005年首飞，批生产时可能完全由复合材料年首飞，批生产时可能完全由复合材料年首飞，批生产时可能完全由复合材料年首飞，批生产时可能完全由复合材料制成制成制成制成 （90%90%90%90%以上）以上）以上）以上） X-47X-47X-47X-47（为海军用）于（为海军用）于（为海军用）于（为海军用）于2001200120012001年年年年2 2 2 2月出厂，月出厂，月出厂，月出厂，2002200220022002年交首飞，年交首飞，年交首飞，年交首飞，基本上为全复合材料飞机基本上为全复合材料飞机基本上为全复合材料飞机基本上为全复合材料飞机mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology未来未来-纳米碳纤维复合材料纳米碳纤维复合材料单壁碳纳米管的弹性模单壁碳纳米管的弹性模量可以达到量可以达到1TPa，强，强度达到度达到200GPa纳米超级结构材料纳米超级结构材料mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology未来未来-纳米碳纤维复合材料纳米碳纤维复合材料mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology未来未来-纳米碳纤维复合材料纳米碳纤维复合材料纳米管提高了纳米管提高了纳米管提高了纳米管提高了LOCAAS (LOCAAS (美国低成本自主功攻击美国低成本自主功攻击美国低成本自主功攻击美国低成本自主功攻击系统）的延伸翼设计水平，飞行特性模拟显示了系统）的延伸翼设计水平，飞行特性模拟显示了系统）的延伸翼设计水平，飞行特性模拟显示了系统）的延伸翼设计水平，飞行特性模拟显示了纳米管机翼的优势纳米管机翼的优势纳米管机翼的优势纳米管机翼的优势 提高空中巡逻时间：提高空中巡逻时间：提高空中巡逻时间：提高空中巡逻时间：12%12% 提高了机动灵活性提高了机动灵活性提高了机动灵活性提高了机动灵活性 (“G” Loading)(“G” Loading)：24% at Mach 24% at Mach 0.30.3 降低了燃油消耗：降低了燃油消耗：降低了燃油消耗：降低了燃油消耗：13% 13% （飞行（飞行（飞行（飞行2500025000英尺）英尺）英尺）英尺）Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology民用领域民用领域mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology民用领域民用领域复合材料是典型的军民两用技术，民用领复合材料是典型的军民两用技术，民用领域的规模远远大于军用领域，以域的规模远远大于军用领域，以CFRPCFRP为例为例宇航应用：宇航应用：宇航应用：宇航应用：18%18%18%18%体育休闲用品：体育休闲用品：体育休闲用品：体育休闲用品：37%37%37%37%工业应用：工业应用：工业应用：工业应用：45%45%45%45%mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology体育用品体育用品 这是一个开发较早，有稳定需求的应用领域这是一个开发较早，有稳定需求的应用领域这是一个开发较早，有稳定需求的应用领域这是一个开发较早，有稳定需求的应用领域 高尔夫球拍：高尔夫球拍：高尔夫球拍：高尔夫球拍：40004000万只万只万只万只/ /年，约占总数的年，约占总数的年，约占总数的年，约占总数的80%80%以上，以上，以上，以上，“ “已碳化了已碳化了已碳化了已碳化了” ” ，其他各种球拍（网球拍、羽毛球拍等），其他各种球拍（网球拍、羽毛球拍等），其他各种球拍（网球拍、羽毛球拍等），其他各种球拍（网球拍、羽毛球拍等）500500600600万只万只万只万只/ /年，几年，几年，几年，几乎独占市场乎独占市场乎独占市场乎独占市场 钓鱼杆：钓鱼杆：钓鱼杆：钓鱼杆：12001200万只万只万只万只/ /年，约占总数的年，约占总数的年，约占总数的年，约占总数的50%50%以上以上以上以上 自行车：自行车：自行车：自行车：1212万辆万辆万辆万辆/ /年年年年 其他：赛艇、赛车、弓箭、滑雪板、杆等等。其他：赛艇、赛车、弓箭、滑雪板、杆等等。其他：赛艇、赛车、弓箭、滑雪板、杆等等。其他：赛艇、赛车、弓箭、滑雪板、杆等等。 前前前前4 4项约占项约占项约占项约占CFCF耗量的耗量的耗量的耗量的85%85%左右，其他只占左右，其他只占左右，其他只占左右，其他只占15%15%左右左右左右左右 我国的台湾有我国的台湾有我国的台湾有我国的台湾有“ “复合材料体育用品王国复合材料体育用品王国复合材料体育用品王国复合材料体育用品王国” ”之称，但近年来之称，但近年来之称，但近年来之称，但近年来已向大陆转移。台湾碳纤维约有已向大陆转移。台湾碳纤维约有已向大陆转移。台湾碳纤维约有已向大陆转移。台湾碳纤维约有30003000吨吨吨吨/ /年的产能年的产能年的产能年的产能mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology体育用品体育用品mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology体育用品体育用品mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology基础设施基础设施基础设施（基础设施（基础设施（基础设施（InfrastructureInfrastructure）系指建筑领域的房屋、）系指建筑领域的房屋、）系指建筑领域的房屋、）系指建筑领域的房屋、桥梁、隧道、涵洞、地铁及其相关的混凝土工程，桥梁、隧道、涵洞、地铁及其相关的混凝土工程，桥梁、隧道、涵洞、地铁及其相关的混凝土工程，桥梁、隧道、涵洞、地铁及其相关的混凝土工程，其修复、更新、加固已构成复合材料目前极重要其修复、更新、加固已构成复合材料目前极重要其修复、更新、加固已构成复合材料目前极重要其修复、更新、加固已构成复合材料目前极重要的应用领域的应用领域的应用领域的应用领域mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology基础设施基础设施 复合材料在建筑和基础设施应用中有很大潜力，复合材料复合材料在建筑和基础设施应用中有很大潜力，复合材料复合材料在建筑和基础设施应用中有很大潜力，复合材料复合材料在建筑和基础设施应用中有很大潜力，复合材料为主体的建筑具有抗震、耐蚀、轻质、隔音、隔热等特点。为主体的建筑具有抗震、耐蚀、轻质、隔音、隔热等特点。为主体的建筑具有抗震、耐蚀、轻质、隔音、隔热等特点。为主体的建筑具有抗震、耐蚀、轻质、隔音、隔热等特点。事实证明水泥基复合材料和高性能复合材料代替传统的钢事实证明水泥基复合材料和高性能复合材料代替传统的钢事实证明水泥基复合材料和高性能复合材料代替传统的钢事实证明水泥基复合材料和高性能复合材料代替传统的钢筋，在建筑业是性能优异的新材料，特别是在应用于桥墩、筋，在建筑业是性能优异的新材料，特别是在应用于桥墩、筋，在建筑业是性能优异的新材料，特别是在应用于桥墩、筋，在建筑业是性能优异的新材料，特别是在应用于桥墩、水坝、大型建筑、桥梁等大型基础设施的修复等方面，显水坝、大型建筑、桥梁等大型基础设施的修复等方面，显水坝、大型建筑、桥梁等大型基础设施的修复等方面，显水坝、大型建筑、桥梁等大型基础设施的修复等方面，显示出有极大的竞争性，其优越性在日本神户和美国洛山矶示出有极大的竞争性，其优越性在日本神户和美国洛山矶示出有极大的竞争性，其优越性在日本神户和美国洛山矶示出有极大的竞争性，其优越性在日本神户和美国洛山矶的地震中得到证实，施工质量好而且费用低的地震中得到证实，施工质量好而且费用低的地震中得到证实，施工质量好而且费用低的地震中得到证实，施工质量好而且费用低 采用复合材料研制高速公路桥面台板是经过大量试验，包采用复合材料研制高速公路桥面台板是经过大量试验，包采用复合材料研制高速公路桥面台板是经过大量试验，包采用复合材料研制高速公路桥面台板是经过大量试验，包括静强度、疲劳强度评定后选择的，它具有良好的耐候性、括静强度、疲劳强度评定后选择的，它具有良好的耐候性、括静强度、疲劳强度评定后选择的，它具有良好的耐候性、括静强度、疲劳强度评定后选择的，它具有良好的耐候性、韧性和抗恶劣环境的能力。随着生产规模的不断扩大，价韧性和抗恶劣环境的能力。随着生产规模的不断扩大，价韧性和抗恶劣环境的能力。随着生产规模的不断扩大，价韧性和抗恶劣环境的能力。随着生产规模的不断扩大，价格下降给复合材料的广泛应用创造了有利条件。复合材料格下降给复合材料的广泛应用创造了有利条件。复合材料格下降给复合材料的广泛应用创造了有利条件。复合材料格下降给复合材料的广泛应用创造了有利条件。复合材料在建筑工业的应用中三个动向：复合材料代替钢筋、代替在建筑工业的应用中三个动向：复合材料代替钢筋、代替在建筑工业的应用中三个动向：复合材料代替钢筋、代替在建筑工业的应用中三个动向：复合材料代替钢筋、代替木质型材、在桥梁或基础设施方面的应用木质型材、在桥梁或基础设施方面的应用木质型材、在桥梁或基础设施方面的应用木质型材、在桥梁或基础设施方面的应用 mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology基础设施基础设施mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology汽车与交通汽车与交通在交通运输工业方面，复合材料已经成功地应用在交通运输工业方面，复合材料已经成功地应用在交通运输工业方面，复合材料已经成功地应用在交通运输工业方面，复合材料已经成功地应用于汽车结构件、纤维增强高速公路路面及配套设于汽车结构件、纤维增强高速公路路面及配套设于汽车结构件、纤维增强高速公路路面及配套设于汽车结构件、纤维增强高速公路路面及配套设备、铁路牵引机车和车辆、舰船壳体和辅助构件、备、铁路牵引机车和车辆、舰船壳体和辅助构件、备、铁路牵引机车和车辆、舰船壳体和辅助构件、备、铁路牵引机车和车辆、舰船壳体和辅助构件、高性能自行车等领域，并且需求量越来越大高性能自行车等领域，并且需求量越来越大高性能自行车等领域，并且需求量越来越大高性能自行车等领域，并且需求量越来越大汽车材料是汽车工业发展的重要基础之一，材料汽车材料是汽车工业发展的重要基础之一，材料汽车材料是汽车工业发展的重要基础之一，材料汽车材料是汽车工业发展的重要基础之一，材料和汽车的制造成本密切相关，也对汽车整体性能和汽车的制造成本密切相关，也对汽车整体性能和汽车的制造成本密切相关，也对汽车整体性能和汽车的制造成本密切相关，也对汽车整体性能的提高有重要的影响，先进复合材料可以大幅度的提高有重要的影响，先进复合材料可以大幅度的提高有重要的影响，先进复合材料可以大幅度的提高有重要的影响，先进复合材料可以大幅度提高汽车性能和节约能源，在未来提高汽车性能和节约能源，在未来提高汽车性能和节约能源，在未来提高汽车性能和节约能源，在未来5 5年中先进复合年中先进复合年中先进复合年中先进复合材料汽车将大规摸占领市场材料汽车将大规摸占领市场材料汽车将大规摸占领市场材料汽车将大规摸占领市场mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology汽车与交通汽车与交通复合材料可用做传动轴、框架和车身部件、弹簧复合材料可用做传动轴、框架和车身部件、弹簧复合材料可用做传动轴、框架和车身部件、弹簧复合材料可用做传动轴、框架和车身部件、弹簧片、储能飞轮以及液化石油气容器。片、储能飞轮以及液化石油气容器。片、储能飞轮以及液化石油气容器。片、储能飞轮以及液化石油气容器。19951995年美国年美国年美国年美国汽车工业使用的各种复合材料近汽车工业使用的各种复合材料近汽车工业使用的各种复合材料近汽车工业使用的各种复合材料近4.54.5万吨，西方汽万吨，西方汽万吨，西方汽万吨，西方汽车制造业正日益广泛地利用复合材料。车制造业正日益广泛地利用复合材料。车制造业正日益广泛地利用复合材料。车制造业正日益广泛地利用复合材料。增强剂主要是玻璃纤维，其次是碳纤维，而基体增强剂主要是玻璃纤维，其次是碳纤维，而基体增强剂主要是玻璃纤维，其次是碳纤维，而基体增强剂主要是玻璃纤维，其次是碳纤维，而基体材料美国主要使用热固性树脂，而欧洲则多采用材料美国主要使用热固性树脂，而欧洲则多采用材料美国主要使用热固性树脂，而欧洲则多采用材料美国主要使用热固性树脂，而欧洲则多采用热塑性树脂。美国的达纳公司已成功地将碳纤维热塑性树脂。美国的达纳公司已成功地将碳纤维热塑性树脂。美国的达纳公司已成功地将碳纤维热塑性树脂。美国的达纳公司已成功地将碳纤维复合材料用作传动轴复合材料用作传动轴复合材料用作传动轴复合材料用作传动轴, ,每年生产每年生产每年生产每年生产5050万根，碳纤维用万根，碳纤维用万根，碳纤维用万根，碳纤维用量约量约量约量约250250吨吨吨吨mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology汽车与交通汽车与交通 克林顿政府提出的克林顿政府提出的克林顿政府提出的克林顿政府提出的“ “超级汽车超级汽车超级汽车超级汽车” ”要求轻质底盘和框架，以要求轻质底盘和框架，以要求轻质底盘和框架，以要求轻质底盘和框架，以便使车辆百公里耗油量减至便使车辆百公里耗油量减至便使车辆百公里耗油量减至便使车辆百公里耗油量减至3 3升；发展电动汽车也要求轻升；发展电动汽车也要求轻升；发展电动汽车也要求轻升；发展电动汽车也要求轻质结构，先进复合材料可以满足这些要求质结构，先进复合材料可以满足这些要求质结构，先进复合材料可以满足这些要求质结构，先进复合材料可以满足这些要求 通用汽车公司已有多年制造汽车和卡车复合材料弹簧的经通用汽车公司已有多年制造汽车和卡车复合材料弹簧的经通用汽车公司已有多年制造汽车和卡车复合材料弹簧的经通用汽车公司已有多年制造汽车和卡车复合材料弹簧的经验，该公司利用连续的验，该公司利用连续的验，该公司利用连续的验，该公司利用连续的E E玻璃纤维增强环氧树脂，采用一玻璃纤维增强环氧树脂，采用一玻璃纤维增强环氧树脂，采用一玻璃纤维增强环氧树脂，采用一种改进的缠绕工艺制造复合材料弹簧，每年纤维用量近种改进的缠绕工艺制造复合材料弹簧，每年纤维用量近种改进的缠绕工艺制造复合材料弹簧，每年纤维用量近种改进的缠绕工艺制造复合材料弹簧，每年纤维用量近50005000吨。在全电动或电动吨。在全电动或电动吨。在全电动或电动吨。在全电动或电动/ /天然气混合车辆中，用作储能天然气混合车辆中，用作储能天然气混合车辆中，用作储能天然气混合车辆中，用作储能装置的超高速飞轮转子需要高比强度纤维装置的超高速飞轮转子需要高比强度纤维装置的超高速飞轮转子需要高比强度纤维装置的超高速飞轮转子需要高比强度纤维, ,高强度碳纤维高强度碳纤维高强度碳纤维高强度碳纤维是最好的候选材料。天然气是高效清洁燃料，复合材料很是最好的候选材料。天然气是高效清洁燃料，复合材料很是最好的候选材料。天然气是高效清洁燃料，复合材料很是最好的候选材料。天然气是高效清洁燃料，复合材料很适合用于制造压缩天然气容器适合用于制造压缩天然气容器适合用于制造压缩天然气容器适合用于制造压缩天然气容器mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of TechnologyHigh performance carsHigh performance cars The use of carbon The use of carbon The use of carbon The use of carbon fibrefibrefibrefibre/polymer composites /polymer composites /polymer composites /polymer composites can result in weight can result in weight can result in weight can result in weight savings of 7580% savings of 7580% savings of 7580% savings of 7580% compared to steel, compared to steel, compared to steel, compared to steel, 3040% compared to 3040% compared to 3040% compared to 3040% compared to aluminiumaluminiumaluminiumaluminium, and 50% , and 50% , and 50% , and 50% compared to chopped compared to chopped compared to chopped compared to chopped fibrefibrefibrefibre-glass reinforced -glass reinforced -glass reinforced -glass reinforced composite.composite.composite.composite.mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of TechnologyHigh performance carsHigh performance carsmechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of TechnologyHigh performance carsHigh performance cars 赛车代表了汽车发展方向和未来将要采用的技术赛车代表了汽车发展方向和未来将要采用的技术赛车代表了汽车发展方向和未来将要采用的技术赛车代表了汽车发展方向和未来将要采用的技术 据估计，当碳纤维的市场价格降至据估计，当碳纤维的市场价格降至据估计，当碳纤维的市场价格降至据估计，当碳纤维的市场价格降至11$/kg11$/kg时，时，时，时，CFRP CFRP 将会将会将会将会在汽车行业大量使用，目前据这一目标还有近一倍的差距在汽车行业大量使用，目前据这一目标还有近一倍的差距在汽车行业大量使用，目前据这一目标还有近一倍的差距在汽车行业大量使用，目前据这一目标还有近一倍的差距 目前又反弹了目前又反弹了目前又反弹了目前又反弹了mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology海洋石油工业海洋石油工业充分发挥复合材料高耐腐蚀性的优势充分发挥复合材料高耐腐蚀性的优势管道系统、油罐、油箱、围栏、扶手、通道、坚管道系统、油罐、油箱、围栏、扶手、通道、坚管道系统、油罐、油箱、围栏、扶手、通道、坚管道系统、油罐、油箱、围栏、扶手、通道、坚井、抽油杆等井、抽油杆等井、抽油杆等井、抽油杆等mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology海洋石油工业海洋石油工业今后十年内复合材料在近海石油工业中的应用将今后十年内复合材料在近海石油工业中的应用将今后十年内复合材料在近海石油工业中的应用将今后十年内复合材料在近海石油工业中的应用将达到达到达到达到130130亿美元。复合材料结构与钢结构相比，不亿美元。复合材料结构与钢结构相比，不亿美元。复合材料结构与钢结构相比，不亿美元。复合材料结构与钢结构相比，不仅本身造价低廉，而且安装费也便宜，其维护费仅本身造价低廉，而且安装费也便宜，其维护费仅本身造价低廉，而且安装费也便宜，其维护费仅本身造价低廉，而且安装费也便宜，其维护费用更低。例如，将复合材料用于新型中等规模的用更低。例如，将复合材料用于新型中等规模的用更低。例如，将复合材料用于新型中等规模的用更低。例如，将复合材料用于新型中等规模的近海石油钻井平台上某些设施，其费用较传统材近海石油钻井平台上某些设施，其费用较传统材近海石油钻井平台上某些设施，其费用较传统材近海石油钻井平台上某些设施，其费用较传统材料可节省料可节省料可节省料可节省50%50%左右。典型的应用是用复合材料代左右。典型的应用是用复合材料代左右。典型的应用是用复合材料代左右。典型的应用是用复合材料代替钢材用作钻井平台的水箱替钢材用作钻井平台的水箱替钢材用作钻井平台的水箱替钢材用作钻井平台的水箱 mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料气瓶与贮罐复合材料气瓶与贮罐mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology新能源工业新能源工业 在在在在2121世纪内地球将面临陆地世纪内地球将面临陆地世纪内地球将面临陆地世纪内地球将面临陆地资源逐渐枯竭，进而导致能资源逐渐枯竭，进而导致能资源逐渐枯竭，进而导致能资源逐渐枯竭，进而导致能源危机和原材料的短缺，开源危机和原材料的短缺，开源危机和原材料的短缺，开源危机和原材料的短缺，开发新能源是人类面临的生死发新能源是人类面临的生死发新能源是人类面临的生死发新能源是人类面临的生死存亡的问题存亡的问题存亡的问题存亡的问题 复合材料已经用于大量的新复合材料已经用于大量的新复合材料已经用于大量的新复合材料已经用于大量的新能源开发中能源开发中能源开发中能源开发中 复合材料的风力发电机的叶片复合材料的风力发电机的叶片复合材料的风力发电机的叶片复合材料的风力发电机的叶片和塔身和塔身和塔身和塔身 太阳能发电的支架太阳能发电的支架太阳能发电的支架太阳能发电的支架 核电的离心机转子核电的离心机转子核电的离心机转子核电的离心机转子 同时复合材料也是节约能源同时复合材料也是节约能源同时复合材料也是节约能源同时复合材料也是节约能源的最为有效的手段的最为有效的手段的最为有效的手段的最为有效的手段 轻质结构轻质结构轻质结构轻质结构 高材料利用效率高材料利用效率高材料利用效率高材料利用效率 可修补和回收可修补和回收可修补和回收可修补和回收mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology电子信息领域电子信息领域二十一世纪复合材料在二十一世纪复合材料在二十一世纪复合材料在二十一世纪复合材料在信息技术领域也将占有信息技术领域也将占有信息技术领域也将占有信息技术领域也将占有很重要的地位很重要的地位很重要的地位很重要的地位 导热系数高、热膨胀系数导热系数高、热膨胀系数导热系数高、热膨胀系数导热系数高、热膨胀系数可设计匹配的电路板基板可设计匹配的电路板基板可设计匹配的电路板基板可设计匹配的电路板基板 抛物面天线、电器设备壳、抛物面天线、电器设备壳、抛物面天线、电器设备壳、抛物面天线、电器设备壳、架架架架 电磁波屏蔽罩、板电磁波屏蔽罩、板电磁波屏蔽罩、板电磁波屏蔽罩、板 光纤通信技术中的光缆保光纤通信技术中的光缆保光纤通信技术中的光缆保光纤通信技术中的光缆保护套护套护套护套 用于能量及功能转换的敏用于能量及功能转换的敏用于能量及功能转换的敏用于能量及功能转换的敏感元件感元件感元件感元件mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology生物、医学领域生物、医学领域 生物和医学先进复合材料发展速度很快，并逐步形成一个生物和医学先进复合材料发展速度很快，并逐步形成一个生物和医学先进复合材料发展速度很快，并逐步形成一个生物和医学先进复合材料发展速度很快，并逐步形成一个规模很大的产业，其主要应用有：人工心脏、人工肺和人规模很大的产业，其主要应用有：人工心脏、人工肺和人规模很大的产业，其主要应用有：人工心脏、人工肺和人规模很大的产业，其主要应用有：人工心脏、人工肺和人工血管用复合材料；复合材料人工牙齿和骨骼；复合材料工血管用复合材料；复合材料人工牙齿和骨骼；复合材料工血管用复合材料；复合材料人工牙齿和骨骼；复合材料工血管用复合材料；复合材料人工牙齿和骨骼；复合材料呼吸器、支架、假肢等、复合材料轮椅、拐杖、担架等呼吸器、支架、假肢等、复合材料轮椅、拐杖、担架等呼吸器、支架、假肢等、复合材料轮椅、拐杖、担架等呼吸器、支架、假肢等、复合材料轮椅、拐杖、担架等 具有很高的技术附加值，其每公斤达具有很高的技术附加值，其每公斤达具有很高的技术附加值，其每公斤达具有很高的技术附加值，其每公斤达1200-150001200-15000美元，美元，美元，美元，远高于宇航材料，而建筑材料仅为远高于宇航材料，而建筑材料仅为远高于宇航材料，而建筑材料仅为远高于宇航材料，而建筑材料仅为0.1-1.20.1-1.2美元，宇航材料美元，宇航材料美元，宇航材料美元，宇航材料也仅也仅也仅也仅100-1200100-1200美元美元美元美元 近近近近1010年来其产业以年来其产业以年来其产业以年来其产业以15-20%15-20%以上的年增长率持续增长，其以上的年增长率持续增长，其以上的年增长率持续增长，其以上的年增长率持续增长，其发展态势已可以与信息和汽车产业在世界经济中的地位相发展态势已可以与信息和汽车产业在世界经济中的地位相发展态势已可以与信息和汽车产业在世界经济中的地位相发展态势已可以与信息和汽车产业在世界经济中的地位相比，并将发展成本世纪世界经济的一个支柱性产业比，并将发展成本世纪世界经济的一个支柱性产业比，并将发展成本世纪世界经济的一个支柱性产业比，并将发展成本世纪世界经济的一个支柱性产业mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology哈工大复合材料力学研究哈工大复合材料力学研究探讨和利用力学探讨和利用力学新理论和新方法新理论和新方法2020世纪世纪8080年代年代 2020世纪世纪9090年代年代 进入进入2121世纪世纪解决国防、航空解决国防、航空航天复合材料等航天复合材料等新材料和结构中新材料和结构中的力学问题的力学问题结合服役环境特结合服役环境特殊性和材料对象殊性和材料对象的复杂性，发展的复杂性，发展新的力学理论和新的力学理论和方法、新材料制方法、新材料制备研究备研究面向国防、航空面向国防、航空航天，强调力学航天，强调力学与材料学多学科与材料学多学科高度融合，开展高度融合，开展先进复合材料及先进复合材料及结构研究结构研究mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology固体力学与复合材料固体力学与复合材料 固体力学其传统的兴趣中心已从结构分析转移到固体力学其传统的兴趣中心已从结构分析转移到固体力学其传统的兴趣中心已从结构分析转移到固体力学其传统的兴趣中心已从结构分析转移到发展更加符合实际的材料本构关系和更加有效而发展更加符合实际的材料本构关系和更加有效而发展更加符合实际的材料本构关系和更加有效而发展更加符合实际的材料本构关系和更加有效而精确的计算精确的计算精确的计算精确的计算材料科学由于本身发展的需要，要求固体力学在材料科学由于本身发展的需要，要求固体力学在材料科学由于本身发展的需要，要求固体力学在材料科学由于本身发展的需要，要求固体力学在微结构微结构微结构微结构(Microstructure)(Microstructure)的水平上来研究材料的的水平上来研究材料的的水平上来研究材料的的水平上来研究材料的行为行为行为行为. .通过研究微结构的变形、损伤和破坏对材料通过研究微结构的变形、损伤和破坏对材料通过研究微结构的变形、损伤和破坏对材料通过研究微结构的变形、损伤和破坏对材料宏观性能的影响来指出改进材料的方向和途径宏观性能的影响来指出改进材料的方向和途径宏观性能的影响来指出改进材料的方向和途径宏观性能的影响来指出改进材料的方向和途径与其它材料相比，复合材料对固体力学的这种需与其它材料相比，复合材料对固体力学的这种需与其它材料相比，复合材料对固体力学的这种需与其它材料相比，复合材料对固体力学的这种需求显得更为迫切求显得更为迫切求显得更为迫切求显得更为迫切mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology固体力学与复合材料固体力学与复合材料固体力学工作者对自己提出的要求是同时固体力学工作者对自己提出的要求是同时具备理论、实验和计算机计算的三个方面具备理论、实验和计算机计算的三个方面的本领，才能应付复合材料发展中所提出的本领，才能应付复合材料发展中所提出的问题的问题.这些问题这些问题各向异性、多相性，内部微结构及其损伤的随各向异性、多相性，内部微结构及其损伤的随各向异性、多相性，内部微结构及其损伤的随各向异性、多相性，内部微结构及其损伤的随机性，损伤模式的多样性和损伤材料的离散性，机性，损伤模式的多样性和损伤材料的离散性，机性，损伤模式的多样性和损伤材料的离散性，机性，损伤模式的多样性和损伤材料的离散性，对环境影响的敏感性，材料的可设计性，性能对环境影响的敏感性，材料的可设计性，性能对环境影响的敏感性，材料的可设计性，性能对环境影响的敏感性，材料的可设计性，性能对制造工艺的依赖性对制造工艺的依赖性对制造工艺的依赖性对制造工艺的依赖性( (残余应力，界面结合的影残余应力，界面结合的影残余应力，界面结合的影残余应力，界面结合的影响等等响等等响等等响等等) )mechanics of mechanics of composite materialscomposite materialsCenter for Composite Materials, Harbin Institute of Technology复合材料力学性能的研究复合材料力学性能的研究 常规实验以提供材料性能数据方面，复合材料虽然也有与常规实验以提供材料性能数据方面，复合材料虽然也有与常规实验以提供材料性能数据方面，复合材料虽然也有与常规实验以提供材料性能数据方面，复合材料虽然也有与金属材料基本相似的特点，但各向异性和非均匀性问题金属材料基本相似的特点，但各向异性和非均匀性问题金属材料基本相似的特点，但各向异性和非均匀性问题金属材料基本相似的特点，但各向异性和非均匀性问题 复合材料的力学性能的特点之一，就是它易于受到损伤复合材料的力学性能的特点之一，就是它易于受到损伤复合材料的力学性能的特点之一，就是它易于受到损伤复合材料的力学性能的特点之一，就是它易于受到损伤. .其中有些损伤是在固化或复合过程中在增强物，基体或界其中有些损伤是在固化或复合过程中在增强物，基体或界其中有些损伤是在固化或复合过程中在增强物，基体或界其中有些损伤是在固化或复合过程中在增强物，基体或界面上由于机械的，物理的或化学的原因引起的，还有一些面上由于机械的，物理的或化学的原因引起的，还有一些面上由于机械的，物理的或化学的原因引起的，还有一些面上由于机械的，物理的或化学的原因引起的，还有一些是在受到载荷之后引起的是在受到载荷之后引起的是在受到载荷之后引起的是在受到载荷之后引起的 在正交铺设的层板中，在正交铺设的层板中，在正交铺设的层板中，在正交铺设的层板中，90“90“层早在极限载荷的层早在极限载荷的层早在极限载荷的层早在极限载荷的30%30%左右时就出现了左右时就出现了左右时就出现了左右时就出现了横向裂纹横向裂纹横向裂纹横向裂纹. .这种局部损伤是不可避免的，问题在于如何认识它，表这种局部损伤是不可避免的，问题在于如何认识它，表这种局部损伤是不可避免的，问题在于如何认识它，表这种局部损伤是不可避免的，问题在于如何认识它，表征它，控制它的发展，并预预测其演化过程和相应的剩余强度和征它，控制它的发展，并预预测其演化过程和相应的剩余强度和征它，控制它的发展，并预预测其演化过程和相应的剩余强度和征它，控制它的发展，并预预测其演化过程和相应的剩余强度和寿命寿命寿命寿命 损伤还可以是环境引起的，如有害气体和水蒸汽的侵人基损伤还可以是环境引起的，如有害气体和水蒸汽的侵人基损伤还可以是环境引起的，如有害气体和水蒸汽的侵人基损伤还可以是环境引起的，如有害气体和水蒸汽的侵人基体而损害界面，暴露在高温、核辐照或强激光下会使复合体而损害界面，暴露在高温、核辐照或强激光下会使复合体而损害界面，暴露在高温、核辐照或强激光下会使复合体而损害界面，暴露在高温、核辐照或强激光下会使复合材料性能迅速蜕变，残余应力的存在也可以加速损伤的发材料性能迅速蜕变，残余应力的存在也可以加速损伤的发材料性能迅速蜕变，残余应力的存在也可以加速损伤的发材料性能迅速蜕变，残余应力的存在也可以加速损伤的发展，上述因素之间的耦合作用对性能影响也是不能忽视的展，上述因素之间的耦合作用对性能影响也是不能忽视的展，上述因素之间的耦合作用对性能影响也是不能忽视的展，上述因素之间的耦合作用对性能影响也是不能忽视的Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology