【新书推荐】《航空航天复合材料力学》

背  景

复合材料是由两种或两种以上化学、物理性质不同的材料组分构成、通过人工设计和制造并保持原有组分的物理和化学性质不变、具有特殊和新的性能的材料。复合材料的历史久远，可以说贯穿了整个人类社会的发展历程，但真正意义上的“先进复合材料”是从20世纪60年代碳纤维问世以后才逐渐发展并成熟起来的，现在已经广泛应用于航空航天领域中的各种重要装备。

在航空领域，先进复合材料的用量和应用部位已成为衡量飞机先进性和市场竞争力的重要标志。伴随着飞机的复合材料化，先进复合材料在飞机机体结构上的应用部位逐步从受力很小或非承力构件、尾翼级次承力构件，发展到机翼和机身主承力构件。复合材料的发展起步于军机，而后推广到民机。大量采用复合材料，是提高军机机动性能等技战术指标的重要手段，目前世界先进军机中复合材料用量占全机结构重量的20%~50%，如F-35、EF2000中复合材料占比分别可达35%、40%；直升机和小型飞机复合材料用量可达到70%~80%，甚至出现全复合材料飞机；而民机则更加重视飞机的安全性、可靠性、舒适性和经济性，目前复合材料已经成为制造民用飞机的首选材料，波音B787、空客A350XWB中的复合材料用量已高达50%以上。

F-35战斗机与复合材料机翼

空客A350XWB客机与复合材料机身

在航天领域，先进复合材料在导弹、运载火箭和卫星飞行器上也发挥着不可替代的作用。碳纤维复合材料的发展推动了航天整体技术的发展，其主要应用于导弹弹头、弹体、箭体和发动机壳体的结构部件以及卫星主体结构承力件上。采用先进复合材料制造的导弹比传统铝结构导弹可减重40%，有效提高了导弹的灵活性和机动性能。先进复合材料在运载火箭结构中的应用，有效降低了运载火箭的重量，并提高了运载火箭发动机性能。卫星结构的轻量化对卫星功能及运载火箭的要求至关重要，美、欧卫星结构质量不到总质量的10%，其原因就是广泛使用了复合材料。目前，我国长征十一号火箭整流罩由全碳纤维增强复合材料制成，风云三号卫星采用了碳纤维蒙皮铝蜂窝中心承力筒。

长征十一号火箭与风云三号卫星

随着绿色环保的发展需求以及复合材料低成本化，复合材料的应用领域也正在向汽车、轨道交通、船舶、能源石化等领域拓展，成为人类社会中不可或缺的重要材料。复合材料可用于制造汽车车身、传动轴、发动机架及其内部构件，也可用于制造化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等，还可用于制造体育运动器件和建筑材料等。

碳纤维手术台与碳纤维自行车

复合材料力学是建立在弹性力学、细观力学、结构力学、计算力学等固体力学各分支基础上的、评价复合材料力学性能的一门针对性非常强的知识体系。近年来，随着复合材料内涵的不断延伸和拓展，除了对轻量化、高力学性能的要求以外，还增加了对材料如电磁波屏蔽、透波、传感、热防护、制动等各种功能特性的要求，涉及多物理场耦合并出现了多学科交叉的趋势；同时，随着材料组分的不断丰富，各种纳米尺寸的增强相大量涌现，除了传统的连续介质框架内固体力学的知识体系以外，还涉及分子动力学、第一性原理等知识。航空航天复合材料是指在航空航天的特殊环境下使用的各类对轻量化、力学性能以及其它功能特性要求更高的复合材料体系，由于这些特殊要求，材料的力学性能评价和力学性能设计就变得尤为重要。

内容简介

本书聚焦航空航天领域内应用的复合材料的力学特性，并拓宽到前沿问题及若干专题，系统全面地介绍了复合材料力学性能的基本概念、分析方法、试验测试，以及绿色复合材料、压电复合材料、纳米复合材料等若干专题。内容包括：概论、连续纤维增强复合材料力学、编织复合材料力学、短纤维增强聚合物复合材料力学、颗粒增强复合材料力学、夹芯结构复合材料力学、复合材料力学性能的试验测试、复合材料前沿问题及若干专题等。为了加深对书中内容的理解，各章附有思考题。

本书可作为航空航天工程、力学、材料工程等专业的高年级本科生和低年级研究生教材，也可作为航空航天工程和相关专业师生和科技工作者的参考书。

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作者简介

胡宁，河北工业大学副校长/机械工程学院院长/国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心主任，教授，博士生导师。获得过国家海外高层次人才、杰青（B）、国务院政府特贴专家等荣誉。1981-1991年在重庆大学完成本科-博士教育，之后在南京航空航天大学、日本东北大学、清华大学、约翰斯·霍普金斯大学、日本千叶大学等从事科研和教学工作，历任博士后-助理教授-副教授-教授等，2013年回国时任日本千叶大学教授、机械系主任和人工系统科学专攻长；2013-2019年在重庆大学工作，创建了航空航天学院并任首任院长；2019年调河北工业大学工作。他长期从事计算固体力学、功能·结构纳米复合材料、结构和材料的无损检测和实时监控技术等研究，取得了不少创新性成果。出版英文书籍3部，申请和获批中日专利20余项，发表期刊论文460余篇，其中SCI论文350篇，论文被引用10000余次。他长期从事材料力学、复合材料力学、计算力学等课程的教学工作，指导了大量博士和硕士研究生。现任教育部航空航天教学指导委员会委员、中国复合材料学会常务理事、中国力学学会理事、河北省力学学会理事长、重庆市通用航空学会常务副理事长、日本复合材料学会评议员、十余份国内外期刊的副主编/编委等。

赵丽滨，北京航空航天大学教授、博士生导师，入选教育部“长江学者”奖励计划。获第二届中国复合材料学会青年科学家奖、杜庆华力学与工程奖优秀青年学者奖等。1992-2001年在北京航空航天大学飞行器设计与应用力学系学习，获学士和博士学位。2001-2003年到清华大学工程力学系进行博士后研究工作。2003年起在北京航空航天大学宇航学院工作，历任讲师-副教授-教授等。2008-2009年赴英国南安普顿大学、2019年赴法国图卢兹第三大学进行学术访问。出版专著2部，授权发明专利20余项，发表SCI检索论文70余篇，EI检索论文50余篇。长期从事《飞行器结构力学》《飞行器结构动力学》《计算结构力学》《高等结构分析方法》等课程的教学工作。发展了先进复合材料结构的渐进失效理论和疲劳破坏理论，并针对先进复合材料结构中的重点和难点问题——连接结构，系统发展了先进复合材料连接结构的破坏理论。现主要研究方向包括复合材料结构力学、结构动力学、计算力学等。现任中国力学学会理事、中国复合材料学会监事会秘书、北京力学会副秘书长、国际华人计算力学学会执行委员会委员等职。

编写委员会

专家推荐

本书为力学、材料、航空航天工程等专业的高年级本科生和研究生提供了一本很好的教科书，亦为相关领域研究和应用人员提供了一本很好的参考书。同时，本书的出版，对推动复合材料的发展及其在航空航天领域的应用，促进力学、材料与航空宇航科学与技术三大学科的交叉融合，以及对于提升航空宇航科学与技术及相关理工科专业本科生、研究生的力学知识体系具有重要作用。

中国工程院院士

杜善义   

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