西北工业大学张超、陈杨：复合材料微观力学

复合材料作为现代工程材料体系的重要组成部分，其发展历程与航空航天、交通运输、能源装备等高端制造业的需求紧密相连。早在二十世纪中叶，随着玻璃纤维增强树脂基复合材料的首次工程化应用，材料学和力学科研工作者就开始探索通过调控微观结构优化复合材料宏观性能。复合材料的独到之处在于其可利用不同性能组分材料的协同效应，实现单一均质材料难以达到的综合性能。纤维增强复合材料的轻质特性，使其成为现代航空航天飞行器、国防武器装备、深空探测器等高端装备的关键结构材料。从大型客机的复合材料机翼，到运载火箭的复合材料舱段，再到月球车的着陆器结构，复合材料的应用正在不断拓展，推动着装备性能的持续提升和技术进步。

复合材料兼具“材料”与“结构”双重属性：作为材料，其可通过均匀化方法等效为连续介质；作为结构，其宏观力学行为又受内部组分及其界面的影响。这种多尺度特性，使复合材料的力学分析既需在宏观上描述整体响应，又需在微观上揭示组分相互作用机理。当研究尺度缩小至组分相层级时，复合材料可视为由增强体与基体构成的结构体系，增强体的几何构型决定了复合材料的类型。当研究尺度扩大至结构件层级时，复合材料可等效为均匀材料，其微观结构细节在力学分析中非主要研究对象。复合材料多尺度特性赋予其材料与结构的双重属性，同时也带来了更高的分析复杂性。

伴随着复合材料在工程装备中越来越广泛的应用，以及新一代装备对结构轻量化与可靠性的更高追求，复合材料的材料体系设计与宏微观结构设计得到了更多关注，成为领域内的研究热点，衍生了复合材料多尺度力学、智能复合材料结构、超材料、多功能复合材料结构等诸多前沿方向，促进了材料学与力学的深度交叉融合。复合材料微观力学则是前述研究方向的理论根基，通过建立组分材料的本构关系、几何形态特征、空间分布规律与复合材料宏观有效性能之间的定量映射关系，揭示复合材料宏观性能与微观参量之间的内在本质联系，为材料的性能精确预测、工艺参数优化、多目标优化设计与智能调控等提供理论和方法基础，在先进复合材料的设计与应用中发挥着重要作用。

在理论范式方面，复合材料微观力学继承了传统固体力学的理论框架，也融合了材料科学的基本概念，形成了自成体系的一套多尺度分析方法。在工程应用方面，复合材料微观力学是实现复合材料“性能可设计”这一核心优势的基础理论与关键方法，可帮助科研工作者或工程师进行复合材料宏观性能的事前预测，从而缩短研发周期，降低开发成本，提升材料的使用效能。

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复合材料微观力学购买

张超, 陈杨编著

北京: 科学出版社,2026. 6

ISBN 978-7-03-085253-3

《复合材料微观力学》一书的编撰源于两位作者在复合材料微观力学和多尺度力学科研与教学工作中的体会与总结。作者2017 年开始在“Mechanics of Composite Structure”课程的授课中重点讲授复合材料微观力学理论相关内容，并于2020 年起开设“复合材料微观力学”研究生课程。这几年教学过程中，学习参考了多部国内外优秀的复合材料力学教材，发现已有教材大多侧重于宏观尺度的弹性力学知识与层合板理论，微观力学相关知识往往作为辅助内容，介绍较为零散，缺乏专门面向研究生的系统性介绍。

因此，这是一本以复合材料微观力学为核心，注重理论基础的研究生教材。全书共十章，系统梳理了复合材料微观力学的知识体系。内容涵盖复合材料简介、力学理论基础、经典微观力学理论、常用模型和数值分析方法，并讲解了单向纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料、短纤维增强聚合物基复合材料和纺织复合材料的微观力学建模方法。

本书注重理论推导与物理机理阐述，帮助读者建立完整的知识体系，同时也充分考虑工程实践的需求，使读者能够根据具体工程问题选择合适的分析方法。力求使读者通过本书的学习，建立从微观到宏观的多尺度分析思维，掌握复合材料有效性能预测的核心方法，为未来从事复合材料研究、设计和应用打下基础。

本书撰写在具体分工方面，基于各自的研究专长，张超负责撰写第1、5～8 章；陈杨负责撰写第2～4、9、10 章。全书由张超负责统稿与修订，历经三年最终得以完成。在撰写本书过程中，参考并汲取了经典专著的部分内容，主要包括：黄争鸣教授的《复合材料破坏与强度》，J. Aboudi、S.M. Arnold 与B.A. Bednarcyk 合著的Micromechanics of Composite Materials: A Generalized Multiscale Analysis Approach，S.Y. Fu、B. Lauke 与Y.W. Mai 合著的 Science and Engineering of Short Fibre Reinforced Polymer Composites，顾伯洪教授与孙宝忠教授合著的《纺织结构复合材料冲击动力学》，李曙光教授的《现代复合材料多尺度数值表征方法——代表性体元与单胞的概念、理论及应用》，R.M. Christensen 的Mechanics of Composite Materials。同时，广泛参考了国内外众多优秀学术论文，力求在继承经典理论的基础上，及时反映近年来的研究进展与工程应用实例。本书的编撰得到了黄争鸣教授、杨庆生教授、李曙光教授等的指导与帮助。特此一并表示衷心感谢。

本文摘编自《复合材料微观力学》（张超, 陈杨编著. 北京: 科学出版社,2026. 6）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-085253-3

责任编辑：宋无汗15902971152

本书系统阐述复合材料微观力学的基础理论与经典模型。全书以弹性力学与多尺度力学理论为基础，深入讲解混合法则、Chamis 模型、Eshelby 夹杂理论、自洽模型、Mori-Tanaka 模型等经典微观力学方法；进一步介绍单向纤维增强复合材料的同心圆柱模型和广义自洽模型、桥联模型与广义单胞法，以及面向短纤维增强聚合物基复合材料和纺织复合材料的专用性能预测方法；最后引入基于有限元的数值分析技术，并概述复合材料热弹性与非线性行为的微观力学理论。全书结构清晰、体系完整，既注重理论基础的系统性，也兼顾不同材料体系的覆盖广度，具备较强的理论普适性与教学适用性。

本书可作为力学、材料科学与工程、航空宇航科学与技术、低空技术与工程等相关专业研究生和高年级本科生的教材，也可供相关领域科研人员与工程师参考。

（本文编辑：刘四旦）

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