西北工業大學張超、陳楊：復合材料微觀力學

復合材料作為現代工程材料體系的重要組成部分，其發展歷程與航空航天、交通運輸、能源裝備等高端制造業的需求緊密相連。早在二十世紀中葉，隨著玻璃纖維增強樹脂基復合材料的首次工程化應用，材料學和力學科研工作者就開始探索通過調控微觀結構優化復合材料宏觀性能。復合材料的獨到之處在于其可利用不同性能組分材料的協同效應，實現單一均質材料難以達到的綜合性能。纖維增強復合材料的輕質特性，使其成為現代航空航天飛行器、國防武器裝備、深空探測器等高端裝備的關鍵結構材料。從大型客機的復合材料機翼，到運載火箭的復合材料艙段，再到月球車的著陸器結構，復合材料的應用正在不斷拓展，推動著裝備性能的持續提升和技術進步。

復合材料兼具“材料”與“結構”雙重屬性：作為材料，其可通過均勻化方法等效為連續介質；作為結構，其宏觀力學行為又受內部組分及其界面的影響。這種多尺度特性，使復合材料的力學分析既需在宏觀上描述整體響應，又需在微觀上揭示組分相互作用機理。當研究尺度縮小至組分相層級時，復合材料可視為由增強體與基體構成的結構體系，增強體的幾何構型決定了復合材料的類型。當研究尺度擴大至結構件層級時，復合材料可等效為均勻材料，其微觀結構細節在力學分析中非主要研究對象。復合材料多尺度特性賦予其材料與結構的雙重屬性，同時也帶來了更高的分析復雜性。

伴隨著復合材料在工程裝備中越來越廣泛的應用，以及新一代裝備對結構輕量化與可靠性的更高追求，復合材料的材料體系設計與宏微觀結構設計得到了更多關注，成為領域內的研究熱點，衍生了復合材料多尺度力學、智能復合材料結構、超材料、多功能復合材料結構等諸多前沿方向，促進了材料學與力學的深度交叉融合。復合材料微觀力學則是前述研究方向的理論根基，通過建立組分材料的本構關系、幾何形態特征、空間分布規律與復合材料宏觀有效性能之間的定量映射關系，揭示復合材料宏觀性能與微觀參量之間的內在本質聯系，為材料的性能精確預測、工藝參數優化、多目標優化設計與智能調控等提供理論和方法基礎，在先進復合材料的設計與應用中發揮著重要作用。

在理論范式方面，復合材料微觀力學繼承了傳統固體力學的理論框架，也融合了材料科學的基本概念，形成了自成體系的一套多尺度分析方法。在工程應用方面，復合材料微觀力學是實現復合材料“性能可設計”這一核心優勢的基礎理論與關鍵方法，可幫助科研工作者或工程師進行復合材料宏觀性能的事前預測，從而縮短研發周期，降低開發成本，提升材料的使用效能。

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復合材料微觀力學購買

張超, 陳楊編著

北京: 科學出版社,2026. 6

ISBN 978-7-03-085253-3

《復合材料微觀力學》一書的編撰源于兩位作者在復合材料微觀力學和多尺度力學科研與教學工作中的體會與總結。作者2017 年開始在“Mechanics of Composite Structure”課程的授課中重點講授復合材料微觀力學理論相關內容，并于2020 年起開設“復合材料微觀力學”研究生課程。這幾年教學過程中，學習參考了多部國內外優秀的復合材料力學教材，發現已有教材大多側重于宏觀尺度的彈性力學知識與層合板理論，微觀力學相關知識往往作為輔助內容，介紹較為零散，缺乏專門面向研究生的系統性介紹。

因此，這是一本以復合材料微觀力學為核心，注重理論基礎的研究生教材。全書共十章，系統梳理了復合材料微觀力學的知識體系。內容涵蓋復合材料簡介、力學理論基礎、經典微觀力學理論、常用模型和數值分析方法，并講解了單向纖維增強復合材料、顆粒增強復合材料、短纖維增強聚合物基復合材料和紡織復合材料的微觀力學建模方法。

本書注重理論推導與物理機理闡述，幫助讀者建立完整的知識體系，同時也充分考慮工程實踐的需求，使讀者能夠根據具體工程問題選擇合適的分析方法。力求使讀者通過本書的學習，建立從微觀到宏觀的多尺度分析思維，掌握復合材料有效性能預測的核心方法，為未來從事復合材料研究、設計和應用打下基礎。

本書撰寫在具體分工方面，基于各自的研究專長，張超負責撰寫第1、5～8 章；陳楊負責撰寫第2～4、9、10 章。全書由張超負責統稿與修訂，歷經三年最終得以完成。在撰寫本書過程中，參考并汲取了經典專著的部分內容，主要包括：黃爭鳴教授的《復合材料破壞與強度》，J. Aboudi、S.M. Arnold 與B.A. Bednarcyk 合著的Micromechanics of Composite Materials: A Generalized Multiscale Analysis Approach，S.Y. Fu、B. Lauke 與Y.W. Mai 合著的 Science and Engineering of Short Fibre Reinforced Polymer Composites，顧伯洪教授與孫寶忠教授合著的《紡織結構復合材料沖擊動力學》，李曙光教授的《現代復合材料多尺度數值表征方法——代表性體元與單胞的概念、理論及應用》，R.M. Christensen 的Mechanics of Composite Materials。同時，廣泛參考了國內外眾多優秀學術論文，力求在繼承經典理論的基礎上，及時反映近年來的研究進展與工程應用實例。本書的編撰得到了黃爭鳴教授、楊慶生教授、李曙光教授等的指導與幫助。特此一并表示衷心感謝。

本文摘編自《復合材料微觀力學》（張超, 陳楊編著. 北京: 科學出版社,2026. 6）一書“前言”，有刪減修改，標題為編者所加。

ISBN 978-7-03-085253-3

責任編輯：宋無汗15902971152

本書系統闡述復合材料微觀力學的基礎理論與經典模型。全書以彈性力學與多尺度力學理論為基礎，深入講解混合法則、Chamis 模型、Eshelby 夾雜理論、自洽模型、Mori-Tanaka 模型等經典微觀力學方法；進一步介紹單向纖維增強復合材料的同心圓柱模型和廣義自洽模型、橋聯模型與廣義單胞法，以及面向短纖維增強聚合物基復合材料和紡織復合材料的專用性能預測方法；最后引入基于有限元的數值分析技術，并概述復合材料熱彈性與非線性行為的微觀力學理論。全書結構清晰、體系完整，既注重理論基礎的系統性，也兼顧不同材料體系的覆蓋廣度，具備較強的理論普適性與教學適用性。

本書可作為力學、材料科學與工程、航空宇航科學與技術、低空技術與工程等相關專業研究生和高年級本科生的教材，也可供相關領域科研人員與工程師參考。

（本文編輯：劉四旦）

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