科学 · 精品教材│《复合材料及其结构力学》
背 景
复合材料是材料家族中很重要的一个分支，它是由两种或两种以上不同性质的材料通过复合化的手段形成的一类新材料。区别于自然界中的复合物质，如竹子和木材等，复合材料更强调人工复合成型，因此复合材料会有很多种类，例如金属基底与碳纤维复合就形成了金属基复合材料，有机树脂作为基体复合玻璃纤维就形成了树脂基复合材料，这也是一类典型的非金属基复合材料。由此也可以发现，多样的复合类型使得复合材料具有了优异的可设计性，可以根据应用需求选择合适的几类材料进行不同的复合，得到不同的性能，例如轻质高承载性能或者具有光电磁等功能性。除此外，复合材料还具有优异的耐高温性能，例如陶瓷基复合材料可以承受上千度的高温载荷。这些优异的性能使复合材料逐渐成为航空航天应用的关键材料之一，它可以同时满足航空航天对结构重量和极端热环境的苛刻需求。随着复合材料研究的不断深入，复合材料的性能越来越丰富，它的应用也逐渐由航空航天拓展到交通领域、能源领域、生物纳米、海洋工程、土木建筑以及体育等其他领域，并逐渐发展为各自领域最关键的材料。
面对复杂的应用环境，尤其是对材料尤为敏感的航天环境，对材料复合化及复合材料的性能提出了苛刻要求。要想设计出满足要求的复合材料，必须先要搞清楚它本身的力学行为、力学性质以及在力的作用下的响应。这就需要借助力学、材料以及复合材料等多学科交叉的思想，把复合材料中的力学问题搞清楚，进而去合理设计和利用复合材料。本书正是基于上述思想，侧重航空航天应用环境，运用力学新理论、新方法和一些新手段，力图解决复合材料及结构在应用中的问题。此外，当前复合材料相关的教材主要可以分为复合材料学、复合材料力学以及复合材料结构设计三大类，然而，教材内容大多相对独立，能够系统深入且全面覆盖上述三类核心内容的教材还很少见。本书着眼于复合材料及结构力学知识的层次性与递进架构，从复合材料学、复合材料力学、复合材料结构设计到先进复合材料应用，逐渐推进复合材料及结构力学理论与方法的讲解，瞄准航空航天特种环境及典型应用，设计多个复合材料与结构分析算例，促进对基本理论与方法的消化与吸收。
图1 简支反对称角铺设层合方板屈曲载荷随铺层角的变化
图2 采用损伤路径跟踪技术确定的复合材料损伤扩展过程
（a）0°；（b） 15°；（c） 30°；（d）45°
图3 高温/超高温防热材料热防护机制
图4 GMC方法用于5缎纹SiC/SiC材料随机性能研究
内容简介
本书系统全面地阐述了复合材料学、复合材料力学、复合材料结构设计与分析、复合材料损伤、典型空天复合材料结构的力学分析方法与理论。全书共12章，介绍了复合材料及其组元基本力学行为、简单层板的宏观与细观力学分析、层合板理论、层合板结构力学、复合材料渐近损伤分析方法、空天复合材料结构设计、柔性复合材料结构、热防护复合材料结构、多功能与智能复合材料、不确定性量化及其应用。
本书可供高等院校力学、材料科学与工程、航空宇航科学与工程等相关的理工科专业本科生与研究生作为教材使用，还可供有关工程与科技人员学习参考。
目 录
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作者简介
孟松鹤，哈尔滨工业大学航天学院教授、博士生导师，主要从事高温复合材料与环境耦合模拟、高温性能测试与表征、结构响应获取与分析等研究，担任中国复合材料学会常务理事，获国家高层次人才计划支持、教育部新世纪人才等荣誉。在超高温烧蚀防热复合材料模拟表征、非烧蚀防热复合材料强韧化、大尺寸晶体和薄膜材料生长技术及高温服役环境在线测试技术等方面取得研究成果，获国家科技进步二等奖1项，技术发明二等奖2项，国家自然科学二等奖1项，发表重要学术论文60余篇，授权发明专利40余项。
王长国，哈尔滨工业大学航天学院教授，博士生导师，复合材料与结构研究所副所长。主要从事柔性复合材料与结构研究，承担了国家重大科技专项等20余项目，获授权发明专利60余项，在JMPS和AIAA J等发表100余篇论文，获省部级科技奖励6项和黑龙江省青年科技奖。担任黑龙江省力学和复合材料两个学会理事，入选教育部“新世纪优秀人才”支持计划和国家级人才计划。
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