——记重庆交通大学航空学院副教授李莹

2025年11月，长征系列火箭再次刺破苍穹，中国空间站迎来新成员;C919大飞机海外航线持续拓展，国产宽体客机研发进入关键阶段。近年来，中国航空航天事业成就斐然，从“嫦娥探月”到“天问火星”，从“北斗组网”到“大飞机翱翔”，中国空天事业正以“可上九天揽月”的豪情，向世界科技前沿迈进。而当飞行器以数倍音速穿越大气层，当卫星在太空极端温差中长期服役，当飞机承力结构需承受湿热、振动与冲击的多重考验，材料的“极限性能”成为决定成败的关键。

这一切的背后，藏着一把“材料钥匙”，那就是先进航空复合材料的性能突破。随着飞行器性能要求的不断提高，复合材料在极端环境下的表现，直接关系到飞行安全与任务成功。在这样的时代需求下，一位“90后”青年学者将目光锁定在“极端条件下先进航空复合材料”的研究上。用十年磨一剑的坚持，在高温、湿热、动态载荷的极端环境中，解码复合材料的强韧化机理，为中国航空航天事业筑牢了“材料根基”。他就是重庆交通大学航空学院副教授李莹，他用科技的力量为我国先进航空航天复合材料的升级注入了强大动能。

攻坚高温极限 破解复材耐热密码

这位戴着细框眼镜、说话温和的青年学者，履历却格外耀眼：重庆市巴渝学者青年学者、新重庆青年创新人才、重庆交通大学“青年拔尖人才”，从南京理工大学工程力学起步，到重庆大学力学硕博连读，再到如今同时肩负副教授、硕士生导师、系主任等多重职责，李莹的学术轨迹始终围绕“极端环境下的复合材料”这一核心。作为项目负责人，他现已主持包括2项国家自然科学基金项目在内的10余项省部级以上科研项目，并取得了创新性的科研成果。

在航空航天领域，复合材料的重要性不言而喻。李莹的研究聚焦于三个关键方向：先进复合材料在极端条件下的力学性能与强韧化理论、基于机器学习的材料性能预测、复合材料力学与多尺度仿真。这些研究对于提升飞行器性能与安全性具有至关重要的意义。

随着航空航天技术的飞速发展，飞行器对材料服役性能的要求日益提高。纤维增强聚合物(FRP)复合材料因其高比强度、高比刚度、耐疲劳和可设计性强等优点，成为航空航天领域的战略性关键材料。

李莹主持的国家自然科学基金青年基金项目——“高温环境及不同应变率下FRP复合材料的失效机理及力学性能表征方法研究”，正是针对这一关键问题展开的系统探索。在航空航天飞行器中，碳纤维增强环氧树脂复合材料需在130℃的服役温度下正常使用;聚酰亚胺树脂基复合材料的服役温度更高达300℃左右。

在研究中，李莹敏锐地注意到，服役于高温环境下的结构部位在撞击、快速运动和机械振动等情况下还会受到动态载荷的作用，这对FRP复合材料在不同温度尤其是高温环境及动态载荷作用下的力学性能提出了巨大挑战。

面对这一复杂难题，李莹的研究展现了独特的创新视角：一是通过系统的实验研究，揭示了FRP复合材料在高温环境及不同应变率下的失效机理。他特别关注聚合物高分子结构及界面结合性能演化的影响，结合微细观结构观察与定量表征，分析了影响FRP复合材料在高温动态条件下的主要机制及其随温度与应变率的演化规律;

二是基于力热能量密度等效原理，提出了温度和应变率相关性的界面失效准则，建立了考虑组分热/力学性能、微细观结构尤其是聚合物高分子结构、界面结合性能演化影响的强度理论表征模型和本构模型。这些模型具有深刻的物理背景，为FRP复合材料高温环境及不同应变率下拉伸力学性能的理论表征及预测提供了新方法。

李莹这项研究不仅具有重要的理论价值，更有着明确的应用导向。他通过厘清影响高温动态力学性能的主要机制及其随温度与应变率的演化，揭示了高温环境及不同应变率下的损伤失效机理;进而提出了提升FRP复合材料在高温环境与动态载荷作用下力学性能的有效方法，为高性能先进聚合物复合材料的研制提供了理论基础和技术储备。

智融湿热环境 引领材料性能预测

当今时代，全球民航客机轻量化竞争已进入热塑性复合材料主导的新阶段，作为新一代航空轻量化核心材料，其应用与突破直接关乎全球航空产业技术制高点的争夺。无论是波音787、空客A350XWB，还是国产大飞机，都在积极探索和采用热塑性复合材料以实现结构减重、提升燃油效率及增强飞行安全性等目标。

李莹敏锐地把握这一趋势，在其主持的国家自然科学基金面上项目“基于物理信息融入深度学习的湿热环境下CFRTP力学性能演化预测及耦合失效机理研究”中，他创新地将人工智能技术引入复合材料力学性能预测领域，积极开展多学科交叉研究，推动研究范式变革。

连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)相较于热固性复合材料，具有韧性好、冲击损伤容限高、成型周期短、易修复、可回收等优势，已成为保障航空高端装备结构先进性的重要物质基础。

随着飞行器速度与飞行时长的提升，CFRTP所面临的服役环境愈发严苛，常遭受高低温度与不同湿度下湿热环境的严峻考验。高温高湿环境下，CFRTP中基体树脂的软化与塑化效应会导致其刚/强度下降，水分子的侵入可能会破坏晶体结构，削弱分子间的范德华力，从而影响材料的服役力学性能。

而面对湿热耦合作用下CFRTP力学性能演化的复杂性，李莹的研究主要聚焦三个方面：

首先，通过湿热环境力学性能实验和粘弹塑效应解析，系统揭示CFRTP在宽温域与宽湿度范围耦合作用下的非线性力学行为和失效机理。特别是明确树脂粘弹塑效应及结晶状态演化对材料性能的影响规律，揭示湿热环境下力学性能和损伤失效的主要控制机制。

其次，他提出具有深刻物理背景的失效准则并建立相应强度模型和本构模型，可实现CFRTP湿热耦合作用下力学性能的定量理论表征。

最后，开发数据/机理协同驱动的深度学习模型，实现服役性能精准高效预测。他在深度学习算法中嵌入物理规律，通过数据集、模型结构和损失函数引入物理约束，开发出具有数据依赖性低而预测精度高、泛化能力及可解释性强等优点的融合物理信息的深度学习模型。

李莹开发的这种新型机器学习方法，不仅为湿热环境下CFRTP力学性能演化的精准高效预测提供了技术手段，更重要的是，它为解决小样本、高维度、强非线性的复杂工程问题提供了新思路。这种方法克服了传统数据驱动模型对海量训练数据的依赖，通过融入物理规律，显著提升了模型的准确性和泛化能力，在航空航天装备的轻量化、长寿命设计中展现出广阔应用前景。

这项研究还为“双碳”目标提供了技术支撑，通过精准预测材料性能及寿命，可实现CFRTP结构的“按需设计”，减少材料浪费，可显著降低航空复合材料的设计成本，并提升材料使用效率，深度契合我国航空产业绿色发展的需求。

在同事们眼中，李莹是一位谦虚务实、勤勉踏实的青年学者，他不仅在科研上追求卓越，在人才培养方面也倾注了大量心血，为学科发展和人才培养贡献着自己的力量。面对成绩，李莹始终保持谦逊。他表示：“科研工作没有捷径，唯有脚踏实地、持之以恒，才能在平凡中追求卓越。”这种务实的态度，或许正是他在短短数年内取得丰硕成果的关键。

以材料之先进，托举航空之强大。随着我国航空航天事业向更高目标迈进，对先进复合材料的需求将更加迫切。李莹表示，他将继续深耕航空复合材料在极端环境下的性能研究，特别是推动人工智能与传统力学的深度融合，为新时代我国航空航天材料和技术的发展贡献自己的力量。

“科学的道路，没有终点，只有新的起点。”李莹如是说。他的研究，正如那翱翔蓝天的飞行器，在梦想与现实的交织中，不断开拓着新的高度。

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