一、团队简介
材料固体力学团队以材料科学、复合材料力学前沿交叉科学问题及山西地方经济发展需求为牵引，致力于纤维增强金属基复合材料铸轧成型技术和产品开发、复合材料强度与断裂理论、新型材料与结构宏细观多尺度力学和多场耦合力学等方面的研究工作。
目前在在林金保教授带领下，团队内部已形成了纤维增强金属基复合材料短流程制备、复合材料力学性能研究及多尺度分析、新型复合材料断裂理论及有限元计算等三个研究小组。团队现有核心成员10名，其中教授2人，副教授4人，在读研究生38人，其中包括国际留学生1人； 山西省“三晋英才”3人，全国徐芝纶力学优秀教师1人、山西省学术带头人1人、山西省高等学校优秀青年学术带头人1人、山西省131领军人才1人，山西省科教兴晋突出贡献专家1人。近五年来团队先后承担各类国家级、省部级、横向项目数50余项，科研经费近1000余万元，发表高水平论文100 余篇，申请授权国家专利30余项，研究成果获得山西省自然科学二等奖、三等奖各1项。团队拥有的连续碳纤维增强金属基复合材料铸轧成型技术已处于国内先进水平，与同类连续碳纤维增强金属基复合材料制备技术相比具有成本低、流程短、稳定性高等优势。
团队的特色及优势在于纤维增强金属基复合材料铸轧成型技术和产品开发、复合材料基体与纤维界面、材料强度与断裂、细观多尺度力学和多场耦合力学等方面的研究工作。
二、团队研究方向及主要成员
团队致力于力学和材料科学的交叉领域，以力学和材料科学前沿科学问题及山西地方经济发展需求为牵引，致力于新材料力学性能和变形力学行为研究、新型金属材料断裂强韧化机制、新型材料与结构宏细观多尺度力学和多场耦合力学等方面的研究工作。团队主要研究方向：
1、新型复合材料断裂理论及技术开发
团队负责人：林金保
成员：刘二强、申强、李兴国、王在
通过高性能连续碳纤维增强金属基复合材料短流程铸轧成型技术和产品开发、复合材料强度与断裂理论等方面的研究工作，使连续纤维增强金属基复合材料相关产品在国内外得到应用，并进一步优化复合材料铸轧成型技术，不断提高产品质量，拓展铝、镁、钛等多品系轻合金基体在该技术上应用，并逐步形成包括板带、型材、棒材等产品线。
2、材料力学特性多尺度分析技术
团队负责人：常超
成员：张俊婷、杨雪霞、邢学刚、郝鑫
针对新型材料和结构在一定工程技术领域力学特性研究的需求，通过应力分析手段，如实验测试、理论计算和宏/微观尺度下的有限元模拟等，对材料或结构完整性进行测试分析，利用超声、X-Ray等无损检测技术，以工程构件内部应力场为研究核心，在保障结构安全可靠的评估下，为企业改进装备工艺、军用零件国产化提供技术支撑。
三、团队取得的成果
团队在林金保教授带领下，团队在高性能连续纤维增强轻金属基复合材料短流程铸轧成型技术和产品开发、复合材料强度与断裂理论、新型材料与结构宏细观多尺度力学和多场耦合力学等方面的研究工作，并取得了丰硕研究成果。在国际知名期刊JMST、JAC、SC、JMRT、IJSS、IJMS、MM、SCT、CMS、IJIE、ISV、MSSP、金属学报等发表SCI论文100余篇，获发明专利20余项，山西省科学技术奖自然科学奖二等奖和三等奖各一项。图1、图2和图2分别列出了团队部分代表性学术论文、发明专利和所获科技奖励。
图1 代表性SCI论文
图2 代表性发明专利
图3 山西省自然科学奖
四、典型案例
（1）为西山煤电集团公司开发了纤维增强复合材料锚杆、托盘和托板、锥台式螺帽-托板等多种新产品。
针对西山矿区高瓦斯矿井、大断面回采巷道巷帮支护，使用金属锚杆支护存在的人工提前回收金属锚杆影响生产效率、截齿与煤壁金属锚杆碰撞易产生火花带来安全隐患、采煤机截割金属锚杆易造成截齿损坏、金属托板容易划伤输送带等问题，团队与西山煤电集团公司万隆支护器材分公司、技术中心横向合作，共同研发了高强度复合材料锚杆、托盘和托板（专利号ZL201010606916.3）、锥台式螺帽托板（专利号ZL201110171048.5）等产品，如图1所示。针对上述产品在进行力学实验和有限元分析的同时，在西山东曲矿和官地矿进行了现场工业性实验，现场共抽检150套锚杆，检测结果表明所有锚杆锚固力均达到了设计要求，全螺纹高强度复合材料锚杆强度高，能有效控制巷道围岩变形，满足支护要求。
图4 为西山煤电集团公司开发的纤维增强复合材料锚杆、托盘和托板、锥台式螺帽-托板等多种新产品
同时研发了锚杆一次拉挤缠绕成型机，具有生产效率高、自动化程度高等优点；研制了生产配套托盘和螺母的模具，采用注塑工艺生产复合材料托盘和螺母，具有产品强度高、质量稳定、效率高等优点。
全螺纹高强度可截割锚杆的应用，解决了煤帮钢质锚杆不可截割的问题，且不需要提前回撤锚杆。经西山矿区3年多的应用，锚杆使用量达60多万套，支护巷道近15万米，降低支护成本约6000万元。按万米巷道内侧煤帮工作面使用复合锚杆与金属锚杆相比：可节约材料运输费0.65万元；降低采煤机截齿消耗4.68万元；节省回收锚杆人工费1.5万元；节省采煤机等待回收锚杆的时间173.5天，其中节省人工费41.64万元。
自行研制的专利产品树脂基复合材料井盖（ZL02149379.0）（见图5）得到转化应用，在山西省霍州市得到大批量使用，取得了巨大的经济和社会效益。
图5 自行研制的专利产品树脂基复合材料井盖、水篦子
（2）团队与山西柴油机工业有限责任公司紧密合作，进行了就其产品特性的多项材料与结构完整性测试服务和科研任务。
中国兵器工业集团山西柴油机工业有限责任公司是我国军用装甲车辆动力系统的唯一研制生产基地，为部队提供了包括一代、二代主战坦克动力、三代主战坦克动力、自行火炮动力、军用履带式装甲车动力等近二十种不同用途的军用装甲车辆动力。结合山西地方科技发展战略，瞄准现代国防与工业高端装备先进结构的科学问题与工程技术问题，作为团队核心成员常超老师和其他团队成员采用纳米压痕技术、超声、X射线等检测方法建立先进结构技术的新工艺、新实验手段与表征方法，以工程构件内部应力场为研究核心，在保障结构安全可靠的评估下，与山西柴油机工业有限责任公司紧密合作，如图6所示，进行了就其产品特性的多项材料与结构完整性测试服务和科研任务。提升山西柴油机工业有限责任公司的装配工艺技术、先进零部件国产化提供技术支撑，解决地方国防与工业装备领域的关键问题，为我国国防与工业装备现代化建设服务。
图6 为中国兵器工业集团山西柴油机工业有限责任公司完成的产品特性完整性测试服务和科研任务
（3）团队与山东玲珑轮胎股份有限公司合作，进行了橡胶钢帘线复合材料性能评估与仿真功能开发。
项目合作企业为国产轮胎龙头企业山东玲珑轮胎股份有限公司，是一家专业化、规模化的轮胎生产企业，企业拥有国家级工业设计中心、国家认定企业技术中心和国家认可实验室。轮胎是由橡胶和帘线骨架材料组成的十分复杂的柔性复合材料产品。其中橡胶基体表现为超弹性且体积接近不可压缩材料，而作为增强相的帘线材料承担了轮胎中大部分载荷，使轮胎在不同的方向上得到增强，使轮胎整体表现为各项异性。随着市场对轮胎性能要求的不断提升，各种结构各异、功能独特的钢帘线被设计出来。如何根据轮胎性能改善需求设计和选用钢帘线，不同结构的钢帘线在轮胎中有哪些力学特性仍需深入研究。
本团队与国内轮胎龙头上市企业山东玲珑轮胎股份有限公司进行产学研合作，如图7所示，开发复杂钢帘线三维模型的有限元仿真方法，用于研究钢帘线的单丝直径、股数、捻距等细节结构对其力学性能的影响，指导轮胎产品设计、选用材料-结构合理的钢帘线产品。
图6 为山东玲珑轮胎股份有限公司开发的复杂钢帘线三维有限元仿真方法
