东纶科技航空航天、轨道交通及汽车等领域备受青睐的先进复合材料：纤维金属层板

  (fiber metal laminates，FMLs) 源于航空航天工业，是一种由金属薄板和纤维复合材料交替铺层后，在一定的温度和压力下固化而成的层间混杂复合材料，也称超混杂层板(super hybrid laminates)。FMLs 综合了传统纤维复合材料和金属材料的特点，具有突出的可设计性、高的比强度和比刚度、优良的疲劳性能以及高损伤容限，在航空航天领域获得了广泛的应用。随着复合材料在各领域应用的不断推广，以及结构轻量化、结构功能一体化要求的不断提高，该类

  ▲ 超混杂复合材料及结构具备轻量化、多功能集成等优势，使其相比于单一材料在航空航天、轨道交通、汽车以及其它民用工业等诸多领域具有重要而广泛的应用

  在围绕FMLs 的研究中，针对其承载特征及失效行为的探索始终是重要热点。FMLs 力学行为及损伤机制复杂，失效模式包括纤维脱粘及断裂、界面分层、金属断裂及基体开裂等；而围绕其失效行为的研究，离不开对其界面和残余应力场的分析。

  一方面，FMLs 具有复杂的界面体系，其中金属层/纤维复合材料层界面(简称金属层/纤维层界面) 作为弱界面，决定了金属层与纤维复合材料层的结合强度与应力传递，主导了FMLs 的综合性能与失效行为。针对FMLs 界面性能的评价方法争议，提出其层间断裂韧性等界面性能的科学评价方法；并在此基础上，掌握其界面增强方式，揭示胶黏剂、碳纳米管等界面组成成分及表面处理工艺对界面的增强作用，是围绕FMLs 的重要研究议题。

  另一方面，FMLs 因金属层、纤维复合材料层热膨胀系数的差异，在其制备成形、加工、装配以及服役过程中均涉及残余应力的形成与演化，对其失效行为和性能精准预测具有显著的影响，揭示残余应力的形成、演变对其失效行为的影响，对深入认识FMLs 的承载理论具有重要意义。

  ▲ 不同铺层结构AA6061/B4C/CF/PI 复合层板弯曲测试后的侧面形貌

  同时，FMLs 在核电工业、汽车工业及轨道交通等领域的应用研究不断开展，基于超混杂复合材料设计原理，针对不同应用领域部件的受载要求，对FMLs 进行材料体系和结构的设计，是近年来国内外围绕FMLs 研究的又一重要热点。从该角度出发，除了分析FMLs 的基本力学性能和失效行为，还应更加关注其在不同应用领域、受载条件下的应用性能。

  （陶杰, 李华冠, 靳凯著. 北京：科学出版社，2023.3）一书作者及研究团队近年来持续开展FMLs 的失效理论与应用性能研究。在FMLs 的失效行为方面，长期致力于FMLs 损伤机制与界面性能研究，建立了FMLs 宏细观力学模型，探索了残余应力的形成与演变、界面特性对FMLs 失效行为的影响机制，揭示了热塑性FMLs 在温热条件下的基本力学性能特征与动态应变时效特征。在FMLs 的应用性能方面，致力于交通及运载工具用吸能盒、新型乏燃料贮存结构、高速列车蒙皮结构等用FMLs 的设计研发，并系统开展了其应用性能研究。上述工作的开展将有效助力FMLs 的研究及其在我国航空、轨道交通、汽车、核电等领域的应用。

  本书详细介绍了作者团队近年来在纤维金属层板失效理论及应用性能方面的研究结果；重点阐述了纤维金属层板在不同承载条件下的失效行为特征及界面、残余应力对其损伤产生的影响；同时，聚焦乏燃料贮存、汽车吸能结构、高速列车蒙皮等方面的应用，详述了该类材料的应用性能。

  本书的研究工作还获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科协青年人才托举工程、江苏省重点研发计划等多项课题的支持，本书入选了工业和信息化部“十四五”规划专著。可以为从事超混杂复合材料、纤维复合材料、先进复合材料轻量化设计方面研究的科研人员和工程技术人员提供参考。

  本文摘编自《纤维金属层板的失效行为与应用性能》（陶杰, 李华冠, 靳凯著. 北京：科学出版社，2023.3）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

  纤维金属层板作为一种超混杂复合材料，综合了传统纤维复合材料和金属材料的特点，具有高的比强度和比刚度，并兼具优异的抗冲击和耐疲劳性能，是航空航天、轨道交通及汽车等领域备受青睐的先进复合材料。本书共8 章，详细介绍了作者团队近年来在纤维金属层板失效理论及应用性能方面的研究结果；重点阐述了纤维金属层板在不同承载条件下的失效行为特征及界面、残余应力对其损伤产生的影响；同时，聚焦乏燃料贮存、汽车吸能结构、高速列车蒙皮等方面的应用，详述了该类材料的应用性能。

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