面向2035的复合材料构件精确制造发展战略研究 单忠德 范聪泽 宋文哲

本书以国家重大战略工程的应用需求为牵引，以国家制造强国发展规划为契机，围绕先进复合材料及其相关技术与装备，分析了复合材料构件精确制造国内外发展趋势，梳理了复合材料构件精确制造技术与装备最新进展。书中明确了面向2035我国复合材料构件精确制造的发展目标和思路，指出了亟须突破和解决的复合材料领域关键技术和重大装备，提出了我国面向2035的复合材料构件精确制造的重点任务、发展路径和相关政策建议。

本书可供产品设计人员、复合材料构件加工制造人员、检测人员、相关领域政策制定者及相关专业师生参考。

单忠德，中国工程院院士、南京航空航天大学校长、航空航天结构力学及控制全国重点实验室主任，现兼任国家产业基础专家委员会副主任、基础工艺与装备组组长，国家智能制造专家委员会副主任、战略与政策咨询组召集人，国家智能制造标准化专家咨询组副组长，中国机械工程学会副理事长、中国宇航学会副理事长等。作为第一完成人获国家科技进步一等奖、国家技术发明二等奖、中国机械工业科学技术奖特等奖、北京市科学技术一等奖、中国专利金奖等多项科技奖励，负责起草国家、行业等标准13项，授权发明专利100余件，其中，美国、日本、德国等国际发明专利38件，出版学术著作5部，发表SCI、EI等论文100余篇，国家杰出青年科学基金项目获得者，入选首批国家“万人计划”科技创新领军人才、国家科技部创新领军人才、国家百千万人才工程国家级人选，获何梁何利基金科学与技术青年创新奖、全国创新争先奖、国务院政府特殊津贴等荣誉。指导培养硕士、博士研究生、博士后60余人。

院士著作，从事复合材料研究的必备资料。

复合材料具有高比强度、耐疲劳、抗冲击、可设计性好等优点，对实现高端装备高性能、轻量化、绿色化、低成本制造具有重要作用，被广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车船舶、能源装备等领域。在波音787等先进客机上，复合材料用量达50%以上，应用范围已从非承力结构扩展为主机翼、机身等主承力结构。在船舶舰艇中，使用纤维增强复合材料可减重30%，能大幅度提高战舰的隐身和高速突击性能。据统计，亚洲复合材料市场是全球最大的市场，亚洲复合材料产值占全球的43%，全美地区产值达到全球总量的32%。据统计，2021年，全球复合材料产量超过1200万t，年产值超过1000亿美元；2021—2031年，全球复合材料市场规模的复合年增长率预计超过8%。我国复合材料产业的需求量保持年增长率20%以上，将高于欧洲和美国，2020年的市场规模达2231.1亿元，2025年的市场规模预计超过3500亿元。

从全球看，复合材料构件制造技术与装备加速研发，技术竞争激烈、垄断加剧，美日等发达国家在复合材料技术装备方面占据主导地位，处于第一阵列，欧美国家对预制体立体编织、多轴精密数控缠绕、高精度损伤检测等关键技术实施封锁和设备禁运。当前，世界制造强国均将先进复合材料技术列为国家战略，如美国建立了聚合物和复合工程中心、复合材料制造技术中心和国家复合材料中心等国家级创新机构，日本将碳纤维复合材料纳入“能源基本计划”“经济成长战略大纲”和“京都议定书”等多项国家计划。我国在《中国制造2025》和“深入实施制造强国战略”中将先进复合材料列为发展重点，力图争夺全球复合材料产业的新一轮竞争制高点。

为推动我国复合材料产业高质量发展，2021年1月，中国工程院正式启动了“面向2035的复合材料构件精确制造发展战略研究”重大咨询项目，对我国的复合材料构件制造产业发展进行了战略分析和顶层设计。本书是重大咨询项目的学术性成果展示，分析了国内外纤维复合材料构件精确制造发展现状、趋势和存在的问题，梳理了纤维复合材料构件精确制造的关键技术与装备，明确了我国纤维复合材料构件精确制造的发展思路和发展目标，提出了有针对性的举措建议。

本书分为10章，第1章为绪论，主要介绍了复合材料制造技术的内涵及战略意义，总结了国内外复合材料构件的应用现状，提出了复合材料精确制造技术发展路线图；第2章～第9章分别从复合材料构件设计理论及仿真、复合材料预制体数字化成形技术与装备、复合材料构件成形工艺及装备、复合材料构件增材制造技术与装备、复合材料构件加工技术及装备、复合材料构件装配工艺及装备、复合材料构件检测、监测及评价和复合材料构件修复技术与装备八个方面展示了复合材料构件精确制造技术的发展现状和发展趋势，梳理了复合材料构件精确制造的关键技术与装备；第10章为政策建议，提出了面向2035我国复合材料构件精确制造的发展路径和相关政策建议。

本书在编写过程中得到了汪俊、王洋、孙正、王尧尧、郑菁桦、陈意伟、易程、杨浩秦、刘丰、战丽、肖军、裘进浩、李迎光、安鲁陵、李勇、陈燕、郝小忠、陶然、王显峰、张超、赵聪等国内外众多专家学者的指导，特别是得到了中国工程院10余位院士专家的大力支持和帮助。本书参考了相关文献，作者在此表示衷心的感谢。由于纤维复合材料构件的精确制造技术涉及多学科交叉、多技术融合，技术内容涉及面广，导致本书撰写难度大，加之作者水平局限，书中难免有不足之处，敬请读者批评指正。

作者

第1章绪论

1.1复合材料构件精确制造的内涵及意义

1.2复合材料构件精确制造技术发展现状

1.3面向2035的技术发展目标及发展建议

第2章复合材料构件设计理论及仿真

2.1技术内涵概述

2.2重大工程需求分析

2.3复合材料构件设计理论及仿真发展现状

2.4面向2035的复合材料构件设计理论及仿真关键技术

2.4.1复合材料构件多场多尺度设计与仿真技术

2.4.2复合材料构件动态本构行为与复杂结构动力学设计及仿真

2.4.3复合材料构件数据驱动设计与仿真技术

2.4.4复合材料构件强度与寿命仿真评价方法

2.5面向2035的复合材料构件设计理论及仿真发展目标与技术路线图

2.5.1发展目标

2.5.2技术路线图

第3章复合材料预制体数字化成形技术与装备

3.1技术内涵概述

3.2重大工程需求分析

3.3复合材料预制体数字化成形发展现状

3.3.1国外发展现状

3.3.2国内发展现状

3.3.3国内外技术差距

3.3.4未来发展趋势

3.4面向2035的复合材料预制体数字化成形关键技术及装备

3.4.1基础前沿技术

3.4.2共性技术及装备

3.4.3卡脖子技术及装备

3.5面向2035的复合材料预制体数字化成形发展目标与技术路线图

3.5.1发展目标

3.5.2技术路线图

第4章复合材料构件成形工艺及装备

4.1技术内涵概述

4.2重大工程需求分析

4.2.1自动铺放成形技术

4.2.2纤维缠绕成形技术

4.2.3连续拉挤成形技术

4.2.4液体成形技术

4.2.5热压罐成形技术

4.3复合材料构件成形工艺及装备发展现状

4.3.1国外发展现状

4.3.2国内发展现状

4.3.3国内外技术差距

4.3.4未来发展趋势

4.4面向2035的复合材料构件成形关键技术及装备

4.4.1基础前沿技术及装备

4.4.2共性技术及装备

4.4.3卡脖子技术及装备

4.5面向2035的复合材料构件成形工艺及装备发展目标与技术路线图

4.5.1发展目标

4.5.2技术路线图

第5章复合材料构件增材制造技术与装备

5.1技术内涵概述

5.2重大工程需求分析

5.3复合材料构件增材制造技术与装备发展现状

5.3.1国外发展现状

5.3.2国内发展现状

5.3.3国内外技术差距

5.3.4未来发展趋势

5.4面向2035的复合材料构件增材制造关键技术及装备

5.4.1复合材料电子器件的增材制造封装技术

5.4.2太空极端环境下复合材料构件增材制造技术和装备

5.4.3复合材料4D打印技术

5.5面向2035的复合材料构件增材制造发展目标与技术路线图

5.5.1发展目标

5.5.2技术路线图

第6章复合材料构件加工技术及装备

6.1技术内涵概述

6.2重大工程需求分析

6.3复合材料构件加工研究及发展现状

6.3.1国外发展现状

6.3.2国内发展现状

6.3.3国内外技术差距

6.3.4未来发展趋势

6.4面向2035的复合材料构件加工关键技术及装备

6.4.1基础前沿技术

6.4.2共性技术及装备

6.5面向2035的复合材料构件加工发展目标与技术路线图

6.5.1发展目标

6.5.2技术路线图

第7章复合材料构件装配工艺及装备

7.1技术内涵概述

7.2重大工程需求分析

7.3复合材料构件装配研究及发展现状

7.3.1国外发展现状

7.3.2国内发展现状

7.3.3国内外技术差距

7.3.4未来发展趋势

7.4面向2035的复合材料构件装配关键技术及装备

7.4.1基础前沿技术

7.4.2共性技术及装备

7.5面向2035的复合材料构件装配发展目标与技术路线图

7.5.1发展目标

7.5.2技术路线图

第8章复合材料构件检测、监测及评价

8.1技术内涵概述

8.2重大工程需求分析

8.3复合材料构件检测、监测及评价研究与发展现状

8.3.1国外发展现状

8.3.2国内发展现状

8.3.3国内外技术差距

8.3.4未来发展趋势

8.4面向2035的复合材料构件检测、监测关键技术及装备

8.4.1轻量化高可靠性健康监测技术

8.4.2高精度复合材料三维重建技术

8.5面向2035的复合材料构件检测、监测及评价发展目标与技术路线图

8.5.1发展目标

8.5.2技术路线图

第9章复合材料构件修复技术与装备

9.1技术内涵概述

9.2重大工程需求分析

9.3复合材料构件修复研究及发展现状

9.3.1国外发展现状

9.3.2国内发展现状

9.3.3国内外技术差距

9.3.4未来发展趋势

9.4面向2035的复合材料构件修复关键技术及装备

9.4.1基础前沿技术

9.4.2共性技术及装备

9.4.3卡脖子技术及装备

9.5面向2035的复合材料构件修复发展目标与技术路线图

9.5.1发展目标

9.5.2技术路线图

第10章政策建议

参考文献