本书论述了复合材料轻量化设计理论与方法，是轻量化与复合材料领域的一部学术著作。全书分上、中、下三篇。上篇（前8章）介绍了轻量化复合材料技术、复合材料理论、复合结构的测试技术和复合材料轻量化实验测试系统等，中篇（第9章）介绍了新能源车辆复合材料轻量化设计方法，重点介绍了轻量化车身、底盘、动力电池、燃料电池与驱动系统等，下篇（2个部分）介绍了复合材料轻量化计算、设计与练习。本书具有完整的理论体系和知识脉络，为新能源车辆与复合材料的协同发展提供了轻量化技术支撑。

本书可以作为相关行业工程师、设计人员、科研人员与技术人员的参考书或工具书，也可以作为普通高等院校车辆、机械、材料、机电、力学及航空航天等专业的本科生和研究生教材或教学参考书。

前言

上篇　复合材料轻量化设计理论基础

第1章　绪论 2

1. 1　复合材料轻量化设计简介及实践 2

1.1.1　复合材料的定义、基本概念、分类和轻量化设计思路 2

1.1.2　火星无人车/机与太阳探测器的复合材料轻量化设计 6

1.1.3　古代轻量化结构的思路启发 8

1.1.4　航空复合材料的轻量化设计 8

1. 2　高分子复合材料的发展路径 18

1. 3　智能复合材料轻量化设计 26

1. 4　仿生复合材料的轻量化结构与设计启发 30

1.4.1　植物的复合材料轻量化结构及启发 30

1.4.2　类肌腱水凝胶的多尺度轻量化设计 34

1.4.3　外骨骼装备的轻量化设计 35

1.4.4　飞鸟复合结构轻量化 37

1.4.5　荷叶疏水复合材料轻量化分析 37

1.4.6　铁锭甲虫复合材料的轻量化结构分析 39

1.4.7　复合材料仿生机器 41

1. 5　复合材料轻量化成型技术 43

1. 6　复合材料SMC等模压成型技术 45

1. 7　复合材料连接技术 48

1. 8　碳纤维复合材料轻量化设计 51

1. 9　复合材料轻量化设计理论框架 55

第2章　各向异性复合材料的本构理论（三维一次结构） 57

2. 1　各向异性复合材料的本构关系 59

2.1.1　一般各向异性三维复合材料 59

2.1.2　单对称三维复合材料（弹性对称面） 61

2.1.3　正交各向异性三维复合材料（三个弹性对称面） 62

2.1.4　横观各向同性材料（一个各向同性面） 64

2.1.5　各向同性材料本构关系 65

第3章　复合材料单层板的刚度理论（二维一次结构） 74

3. 1　单层板结构正交各向异性材料的本构理论 76

3. 2　复合材料一次结构弹性常数的限制条件 82

3.2.1　三维一次正交各向异性材料 82

3.2.2　二维正交各向异性材料 84

3.2.3　各向同性材料 85

3. 3　单向纤维单层板的偏轴本构理论 90

第4章　复合材料单层板的强度准则（二维一次结构） 103

第5章　复合材料层合板的刚度理论（三维二次层合结构） 117

5. 1　经典层合板理论 118

5. 2　对称层合板弹性特性理论 120

5.2.1　正交对称铺设层合板的弹性特性理论 120

5.2.2　斜交对称铺设层合板的弹性特性理论 123

5. 3　反对称层合板的弹性特性理论 126

5. 4　层合板刚度特性分析理论的专题研究 132

第6章　复合材料层合板产品强度理论（三维三次结构） 139

第7章　复合材料层合板的湿热本构理论基础 159

7. 1　考虑湿热应变的层合板应力与应变关系 159

7. 2　复合材料的湿热面芯损伤理论 169

7.2.1　轻量化设计模型 170

7.2.2　湿热理论 171

7.2.3　瑞利-里兹分析 172

第8章　复合材料结构的屈曲理论基础 174

8. 1　复合材料薄板屈曲的控制方程 174

8. 2　单向均匀受压薄板的临界荷载 176

8. 3　四边固定正方形板单向均匀受压屈曲 177

8. 4　非均布压力下四边简支矩形板的屈曲 178

8. 5　复合材料薄板后屈曲理论 180

8. 6　复合材料层合板位移场 184

中篇　新能源汽车技术应用篇

新能源汽车复合材料轻量化设计

第9章　新能源车辆复合材料轻量化设计 190

9. 1　新能源车辆轻量化设计概论 191

9. 2　锂离子动力电池的轻量化设计 201

9.2.1　固态锂电池 202

9.2.2　电池模组的轻量化 204

9.2.3　电池管理系统轻量化 207

9. 3　电机轻量化设计 208

9. 4　复合材料细观力学 214

9. 5　复合材料车身轻量化设计 218

9. 6　底盘轻量化设计 224

9. 7　新能源车辆芯片系统的轻量化设计 226

9. 8　燃料电池汽车的复合材料轻量化设计 229

9.8.1　高效和低成本氢能储运、技术要求给复合材料行业

带来新机遇 230

9.8.2　储氢容器复合材料及高压储气瓶技术 232

下篇　复合材料轻量化练习篇

第1部分　复合材料轻量化计算练习248

第2部分　复合材料轻量化设计查表（共8题） 252

附　录

附录A　复合材料轻量化设计知识与术语 256

附录B　复合材料层合板特性分析 262

附录C　复合材料轻量化设计领域工程软件简介 267

附录D　新能源汽车用智能复合材料 274

参考文献 279