一、團隊簡介
材料固體力學團隊以材料科學、複合材料力學前沿交叉科學問題及山西地方經濟發展需求為牽引，緻力于纖維增強金屬基複合材料鑄軋成型技術和産品開發、複合材料強度與斷裂理論、新型材料與結構宏細觀多尺度力學和多場耦合力學等方面的研究工作。
目前在在林金保教授帶領下，團隊内部已形成了纖維增強金屬基複合材料短流程制備、複合材料力學性能研究及多尺度分析、新型複合材料斷裂理論及有限元計算等三個研究小組。團隊現有核心成員10名，其中教授2人，副教授4人，在讀研究生38人，其中包括國際留學生1人； 山西省“三晉英才”3人，全國徐芝綸力學優秀教師1人、山西省學術帶頭人1人、山西省高等學校優秀青年學術帶頭人1人、山西省131領軍人才1人，山西省科教興晉突出貢獻專家1人。近五年來團隊先後承擔各類國家級、省部級、橫向項目數50餘項，科研經費近1000餘萬元，發表高水平論文100 餘篇，申請授權國家專利30餘項，研究成果獲得山西省自然科學二等獎、三等獎各1項。團隊擁有的連續碳纖維增強金屬基複合材料鑄軋成型技術已處于國内先進水平，與同類連續碳纖維增強金屬基複合材料制備技術相比具有成本低、流程短、穩定性高等優勢。
團隊的特色及優勢在于纖維增強金屬基複合材料鑄軋成型技術和産品開發、複合材料基體與纖維界面、材料強度與斷裂、細觀多尺度力學和多場耦合力學等方面的研究工作。
二、團隊研究方向及主要成員
團隊緻力于力學和材料科學的交叉領域，以力學和材料科學前沿科學問題及山西地方經濟發展需求為牽引，緻力于新材料力學性能和變形力學行為研究、新型金屬材料斷裂強韌化機制、新型材料與結構宏細觀多尺度力學和多場耦合力學等方面的研究工作。團隊主要研究方向：
1、新型複合材料斷裂理論及技術開發
團隊負責人：林金保
成員：劉二強、申強、李興國、王在
通過高性能連續碳纖維增強金屬基複合材料短流程鑄軋成型技術和産品開發、複合材料強度與斷裂理論等方面的研究工作，使連續纖維增強金屬基複合材料相關産品在國内外得到應用，并進一步優化複合材料鑄軋成型技術，不斷提高産品質量，拓展鋁、鎂、钛等多品系輕合金基體在該技術上應用，并逐步形成包括闆帶、型材、棒材等産品線。
2、材料力學特性多尺度分析技術
團隊負責人：常超
成員：張俊婷、楊雪霞、邢學剛、郝鑫
針對新型材料和結構在一定工程技術領域力學特性研究的需求，通過應力分析手段，如實驗測試、理論計算和宏/微觀尺度下的有限元模拟等，對材料或結構完整性進行測試分析，利用超聲、X-Ray等無損檢測技術，以工程構件内部應力場為研究核心，在保障結構安全可靠的評估下，為企業改進裝備工藝、軍用零件國産化提供技術支撐。
三、團隊取得的成果
團隊在林金保教授帶領下，團隊在高性能連續纖維增強輕金屬基複合材料短流程鑄軋成型技術和産品開發、複合材料強度與斷裂理論、新型材料與結構宏細觀多尺度力學和多場耦合力學等方面的研究工作，并取得了豐碩研究成果。在國際知名期刊JMST、JAC、SC、JMRT、IJSS、IJMS、MM、SCT、CMS、IJIE、ISV、MSSP、金屬學報等發表SCI論文100餘篇，獲發明專利20餘項，山西省科學技術獎自然科學獎二等獎和三等獎各一項。圖1、圖2和圖2分别列出了團隊部分代表性學術論文、發明專利和所獲科技獎勵。
圖1 代表性SCI論文
圖2 代表性發明專利
圖3 山西省自然科學獎
四、典型案例
（1）為西山煤電集團公司開發了纖維增強複合材料錨杆、托盤和托闆、錐台式螺帽-托闆等多種新産品。
針對西山礦區高瓦斯礦井、大斷面回采巷道巷幫支護，使用金屬錨杆支護存在的人工提前回收金屬錨杆影響生産效率、截齒與煤壁金屬錨杆碰撞易産生火花帶來安全隐患、采煤機截割金屬錨杆易造成截齒損壞、金屬托闆容易劃傷輸送帶等問題，團隊與西山煤電集團公司萬隆支護器材分公司、技術中心橫向合作，共同研發了高強度複合材料錨杆、托盤和托闆（專利号ZL201010606916.3）、錐台式螺帽托闆（專利号ZL201110171048.5）等産品，如圖1所示。針對上述産品在進行力學實驗和有限元分析的同時，在西山東曲礦和官地礦進行了現場工業性實驗，現場共抽檢150套錨杆，檢測結果表明所有錨杆錨固力均達到了設計要求，全螺紋高強度複合材料錨杆強度高，能有效控制巷道圍岩變形，滿足支護要求。
圖4 為西山煤電集團公司開發的纖維增強複合材料錨杆、托盤和托闆、錐台式螺帽-托闆等多種新産品
同時研發了錨杆一次拉擠纏繞成型機，具有生産效率高、自動化程度高等優點；研制了生産配套托盤和螺母的模具，采用注塑工藝生産複合材料托盤和螺母，具有産品強度高、質量穩定、效率高等優點。
全螺紋高強度可截割錨杆的應用，解決了煤幫鋼質錨杆不可截割的問題，且不需要提前回撤錨杆。經西山礦區3年多的應用，錨杆使用量達60多萬套，支護巷道近15萬米，降低支護成本約6000萬元。按萬米巷道内側煤幫工作面使用複合錨杆與金屬錨杆相比：可節約材料運輸費0.65萬元；降低采煤機截齒消耗4.68萬元；節省回收錨杆人工費1.5萬元；節省采煤機等待回收錨杆的時間173.5天，其中節省人工費41.64萬元。
自行研制的專利産品樹脂基複合材料井蓋（ZL02149379.0）（見圖5）得到轉化應用，在山西省霍州市得到大批量使用，取得了巨大的經濟和社會效益。
圖5 自行研制的專利産品樹脂基複合材料井蓋、水篦子
（2）團隊與山西柴油機工業有限責任公司緊密合作，進行了就其産品特性的多項材料與結構完整性測試服務和科研任務。
中國兵器工業集團山西柴油機工業有限責任公司是我國軍用裝甲車輛動力系統的唯一研制生産基地，為部隊提供了包括一代、二代主戰坦克動力、三代主戰坦克動力、自行火炮動力、軍用履帶式裝甲車動力等近二十種不同用途的軍用裝甲車輛動力。結合山西地方科技發展戰略，瞄準現代國防與工業高端裝備先進結構的科學問題與工程技術問題，作為團隊核心成員常超老師和其他團隊成員采用納米壓痕技術、超聲、X射線等檢測方法建立先進結構技術的新工藝、新實驗手段與表征方法，以工程構件内部應力場為研究核心，在保障結構安全可靠的評估下，與山西柴油機工業有限責任公司緊密合作，如圖6所示，進行了就其産品特性的多項材料與結構完整性測試服務和科研任務。提升山西柴油機工業有限責任公司的裝配工藝技術、先進零部件國産化提供技術支撐，解決地方國防與工業裝備領域的關鍵問題，為我國國防與工業裝備現代化建設服務。
圖6 為中國兵器工業集團山西柴油機工業有限責任公司完成的産品特性完整性測試服務和科研任務
（3）團隊與山東玲珑輪胎股份有限公司合作，進行了橡膠鋼簾線複合材料性能評估與仿真功能開發。
項目合作企業為國産輪胎龍頭企業山東玲珑輪胎股份有限公司，是一家專業化、規模化的輪胎生産企業，企業擁有國家級工業設計中心、國家認定企業技術中心和國家認可實驗室。輪胎是由橡膠和簾線骨架材料組成的十分複雜的柔性複合材料産品。其中橡膠基體表現為超彈性且體積接近不可壓縮材料，而作為增強相的簾線材料承擔了輪胎中大部分載荷，使輪胎在不同的方向上得到增強，使輪胎整體表現為各項異性。随着市場對輪胎性能要求的不斷提升，各種結構各異、功能獨特的鋼簾線被設計出來。如何根據輪胎性能改善需求設計和選用鋼簾線，不同結構的鋼簾線在輪胎中有哪些力學特性仍需深入研究。
本團隊與國内輪胎龍頭上市企業山東玲珑輪胎股份有限公司進行産學研合作，如圖7所示，開發複雜鋼簾線三維模型的有限元仿真方法，用于研究鋼簾線的單絲直徑、股數、撚距等細節結構對其力學性能的影響，指導輪胎産品設計、選用材料-結構合理的鋼簾線産品。
圖6 為山東玲珑輪胎股份有限公司開發的複雜鋼簾線三維有限元仿真方法
