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热塑性复合材料具有较高的韧性与损伤容限以及良好的抗冲击性能。采用增材制造技术成形热塑性复合材料可实现高性能复杂构件的无模具精确成形，在航空航天等领域具有广阔的应用前景。本文介绍短切纤维增强与连续纤维增强热塑性复合材料增材制造技术的研究进展，比较不同树脂/纤维材料的成形工艺与力学性能，含有10%短切碳纤维的增材制造PEEK材料的拉伸强度达到109 MPa，模量为7.4 GPa，相比纯PEEK材料提升了85%。对于连续碳纤维增强ABS复合材料，当纤维含量为10%左右时，拉伸强度达到147 MPa，模量为4.185 GPa，分别是纯ABS材料的5倍与2倍。根据不同的工艺与材料体系，国内外开发的先进热塑性复合材料增材制造设备向大型化、集成化发展。最后，从材料、设备、工艺、应用的角度对连续/短切纤维增强热塑性复材增材制造的发展趋势进行展望与建议。
聚氨酯是一种具有优异的柔韧性、弹性、可控的硬度、较高的拉伸强度、耐磨性、耐化学品性、低温稳定性及热稳定性的聚合物，适合作为气体阻隔功能的主体材料，在燃油蒸汽隔离、食品包装、轮胎修补、热气球和防火隔离等方面都有广泛的应用。聚氨酯主要由柔性链段和刚性链段共聚而成，两种结构之间由于热动力学稳定性差异所引起的相分离会制约对气体的屏蔽能力，调整分子结构和引入纳米材料强化是提高聚氨酯气体阻隔性的有效手段。蒙脱土和石墨烯是研究较为深入的纳米增强相，通过片层堆叠和引入氢键等机理提高聚氨酯对水蒸气、O2、CO2等气体的阻隔能力。本文从气体扩散与阻隔机理、本征聚氨酯气阻材料、纳米增强聚氨酯气阻材料等几方面阐述了气体阻隔用聚氨酯材料近年来的研究进展，并基于目前的实验进展及理论认知，对材料未来的研究方向如优化本征聚氨酯材料分子结构、提高对纳米增强相分散程度的深入探索和关注小分子气体阻隔性能等方面进行了展望。
采用引晶技术制备了大尺寸双联镍基单晶涡轮导向叶片。利用高速凝固法（high rate solidification，HRS）进行单晶叶片定向凝固，并对单晶叶片进行宏观腐蚀，揭示叶片单晶完整性。通过扫描电镜、电子背散射衍射（EBSD）技术及高温持久实验，评估单晶叶片实际性能。同时，利用有限元模拟软件ProCAST对单晶叶片的定向凝固过程进行数值模拟及分析。结果表明：采用引晶技术可有效避免杂晶缺陷的形成，并可成功制备单晶完整性良好的大尺寸双联涡轮导向叶片，但在Vane 1叶片主晶与引入晶体之间仍会形成角度分别为1.5°和2.7°小角度晶界（LABs）缺陷；LABs使得单晶叶片的高温持久性能虽稍有降低（寿命损失小于15%、断后伸长率损失小于7%），但仍可满足叶片的服役性能。根据ProCAST软件对大尺寸双联单晶导向叶片凝固过程的模拟结果得知，设置引晶结构后，叶片的原始凝固路径得到了优化，叶片前缘位置的过冷条件得到了改善，杂晶缺陷的形核概率得到了降低，有效避免了杂晶缺陷的形成。
采用电子拉伸试验机、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等检测手段，研究不同固溶温度下Fe含量对Al-Mg-Si合金铸棒微观组织和力学性能的影响。结果表明：Fe含量为0.14%（质量分数，下同）时，Al-Mg-Si合金具有最高的强度和断后伸长率，随着固溶温度升高，合金强度不断提高，固溶温度520 ℃以上时合金强度趋于高点，抗拉强度280 MPa，屈服强度259 MPa，断后伸长率13.40%；时效处理后晶界处富Fe相是球形的α-Al8Fe2Si，对合金基体割裂作用弱，弥散分布在晶界处起到钉扎晶界的作用；当Fe含量低于0.14%时，晶界处球形的α-Al8Fe2Si极少，钉扎晶界弱，在500 ℃以上固溶时，晶粒明显长大，断后伸长率大幅度降低；当Fe含量高于0.14%时，富Fe相多为长条状的β-Al5FeSi，对界面割裂作用强，随着Fe含量增加，合金强度和断后伸长率不断降低；此外，Fe含量影响βʺ相时效过程的析出转变，Fe含量为0.14%时，βʺ强化相析出的尺寸小、数量多、分布密集，对位错运动阻碍作用最强。
采用表面粗糙度仪、X射线残余应力测试仪和显微硬度计分别对试样表面粗糙度、表面残余应力分布和硬度梯度等表面完整性参数进行表征，研究不同表面完整性状态对K4169合金缺口旋弯试样高温疲劳寿命的影响规律。结果表明：相比未喷丸试样，喷丸试样在632 ℃、450 MPa条件下的中值疲劳寿命提高了10.2~43.9倍；喷丸后疲劳源数量降至单个，疲劳源萌生位置由表面转移至次表层。喷丸试样表面形成了高幅值的表面残余压应力（–941~–1023 MPa），并产生了一定深度的硬化层（0.10~0.32 mm），较大的喷丸强度获得了较大的硬化层深度；喷丸消除了试样表面加工刀痕，并显著降低了表面应力集中系数；喷丸改善了试样表面完整性，是疲劳寿命提升的主要原因。
利用拉伸试验机研究不同应变速率对TC17和TC4钛合金锻件力学性能的影响，并利用Vickers硬度计、OM、SEM、EBSD等对两种钛合金的维氏硬度、变形组织以及断口形貌进行研究。结果表明：随着应变速率的增加，两种钛合金的强度升高而伸长率降低，均表现出正流变应力的应变速率敏感性，且应变速率敏感性系数随真应变增加呈现下降趋势；在相同应变速率下，除合金元素的固溶强化外，TC17钛合金网篮组织中板条状α相与残余β相交错排列，导致相界面多，位错容易在相界面塞积且位错运动的平均自由行程较短，合金的强度较高；另外，微孔易在相界面处大量形核，导致断口韧窝尺寸较小且数目较多，合金的塑性较差；TC4钛合金双态组织中等轴初生α相具有较好的协调变形能力，且β转变组织中的次生α相排列较为规则，导致相界面较少，降低了对位错运动的阻碍作用，韧窝尺寸较大且数目较少，合金的强度较低而塑性较好。
SiCf/SiC陶瓷基复合材料具有低密度、耐高温、高比强度等优异特性，是新一代先进航空发动机热端部件的理想材料。为实现SiCf/SiC复合材料在服役环境下的可靠应用，亟须开展复合材料力学行为表征研究。与引伸计、应变片等其他测试方法相比，数字图像相关方法（digital image correlation，DIC）具有非接触式、全场测量和可操作性强等优点，能够实现对复杂耦合环境下复合材料损伤断裂等力学行为的原位表征，因而受到广泛关注。本文系统梳理和总结DIC在SiCf/SiC复合材料室温拉伸、弯曲、爆破等力学测试中的应用进展，介绍DIC在SiCf/SiC复合材料力学加载过程的高温测量，最后对应用于SiCf/SiC复合材料的DIC表征技术进行了总结及展望。
采用化学气相渗透工艺制备SiC纤维增韧Si3N4基复合材料（SiCf/Si3N4），通过调节BN界面层厚度对其力学性能进行优化，利用透射电镜和扫描电镜对其微结构进行表征，结合有限元分析阐明力学性能演变规律。结果表明：随着BN界面层厚度从290 nm增加到550 nm，复合材料的弯曲强度从（190±39） MPa提高到（317±28） MPa，断裂韧度从（7.3±1.6） MPa·m1/2提高到（14.7±0.5） MPa·m1/2，拉伸强度从（89±3） MPa提高到（176±17） MPa；随着BN界面层厚度的增加，纤维所受到的残余应力快速变小，应力失配得到有效缓解，材料表现出更好的力学性能。
树脂传递模塑成型（resin transfer molding, RTM）工艺是树脂基复合材料制造中主要的一种成型工艺，对该工艺的模拟仿真可在RTM制件的工艺设计优化方面起到关键作用。本工作以实际RTM工艺生产需求为基础，在二维等温RTM工艺仿真程序基础上，突破热流耦合计算等关键技术，采用控制体有限元（CV/FEM）方法，研发三维非等温RTM成型仿真模型。该仿真模型基于Darcy方程、连续性方程、能量守恒方程、固化反应方程以及多个流变固化模型，采用半离散方法和三收敛标准，可有效解决非等温RTM仿真过程的模具预热、树脂非等温充填过程的黏度变化、固化放热等仿真问题，经过平板实验件及机匣件应用验证，可有效预测RTM充填时间、速度及压力等关键结果，结果精度与国际同类产品相当，在核心仿真能力上达到了国外商业仿真模型的同等水平，基本具备了针对实际复杂结构零件开展仿真的能力。
研究高、低温环境下聚碳酸酯（polycarbonate，PC）力学性能的变化规律。结果表明：PC的拉伸性能和弯曲性能随环境温度升高呈线性降低关系，且线性相关性较好；环境温度从–40 ℃升至130 ℃时，拉伸屈服应力降低近55%，屈服应变降低约63%；环境温度从–70 ℃升至130 ℃时，弯曲强度降低了约66%，弯曲模量降低了约37%；不同温度下的拉伸断裂均起源于表面，断口可见明显的镜面区、雾状区和粗糙区；断裂方式由低温的快速脆性断裂转向高温的塑性断裂；冲击强度随环境温度的升高呈现出先增大后减小再增大的趋势；冲击断裂机理存在较大程度的温度差异性，在整个–40~145 ℃范围内，材料的冲击断口形貌表现出从雾状区到锯齿带再到镜面区，最终软化熔融的一系列变化。
针对新型国产T800复合材料（carbon fiber reinforced plastic, CFRP）在切削过程中因钻削力及扭矩较大易产生的分层撕裂、纤维损失等缺陷问题，搭建包含立式超声加工中心和测力系统的实验平台，采用硬质合金麻花钻、三尖钻、匕首钻对T800碳纤维复合材料进行制孔质量对比实验。在相同的工艺参数下，对比了三种刀具结构在普通钻削（conventional drilling, CD）下对T800复合材料制孔的切削力、孔出入口表面形貌、孔径偏差及孔表面粗糙度的影响规律。在优选刀具结构的基础上，采用超声振动辅助钻削（ultrasonic vibration assisted drilling, UVAD）方法开展可行性实验。结果表明：硬质合金匕首钻可以有效地抑制T800复合材料制孔时的表面缺陷，然而入口孔径精度较差；超声振动辅助匕首钻可以进一步提升制孔质量，特别是通过提高入钻稳定性显著改善孔径精度。
研究国产三维五向M55JCf/Al复合材料的显微组织和致密度以及在室温和350 ℃下的弯曲性能。结果表明：国产三维五向M55JCf/Al复合材料的致密度为98%，显微组织无明显缺陷，仅存在少量的纤维团聚现象和浸渗微孔缺陷；在室温和350 ℃的弯曲强度分别为505 MPa和335 MPa，弯曲模量分别为158 GPa和138 GPa，表现出优良的室温、高温弯曲性能。
随着复合材料在航空、汽车等领域的广泛应用，螺栓连接作为结构设计中的重点，一直以来都是国内外学者研究的热点。螺栓装配预紧力改变了复合材料连接件的孔边受载情况和结构整体的载荷分配，能够对结构的强度与寿命起到增益作用。本工作以螺栓孔的变形量为结构疲劳性能的衡量标准，用液压疲劳机研究装配预紧力对复合材料连接件疲劳性能的影响以及疲劳循环过程中的预紧力退化。结果表明：预紧力的大小与不均匀性较大程度影响了结构的孔变形以及疲劳寿命，在一定范围内，装配预紧力越大，结构抗疲劳性能越强；螺栓的预紧力退化受到初始预紧力大小、垫片类型以及加载频率等多方面因素的影响，初始预紧力越小，结构预紧力退化越严重。
