艦船復合材料結構物應用工程技術特點及內涵分析

梅志遠

海軍工程大學 艦船與海洋學院，湖北 武漢 430033

0 引 言

自20 世紀40 年代初玻璃鋼研制獲得成功以來，以纖維增強樹脂基復合材料（FRP）為代表的艦船復合材料結構設計技術得到了持續的關注和發展。復合材料擁有眾多固有的優良特性，如高比強度、無磁、高阻尼和耐腐蝕等，其結構的獨特性、功能的“一體化”可設計性和優異的復雜曲面易加工性，必將為未來艦船平臺技術的發展提供新的途徑。更為重要的是，在結構可設計性方面，其不僅體現為材料的各向異性和鋪層設計特性，而且在保證結構強度及剛度要求的前提下，還能夠通過功能材料復合、結構形式設計與傳感器、做動元器件的合理融合，實現多種功能特性的兼容，甚至是智能控制。因此，上述特性可為未來功能型和智能型艦船結構物的設計與建造提供無限的發展空間及可能。

近40 多年以來，復合材料結構設計技術在我國航空航天領域的發展勢頭極為迅猛，但在船舶與海洋工程領域的應用卻相對遲緩，尤其是在艦船復合材料結構工程應用領域，甚至出現了“需求大于能力、工程先于理論”的尷尬局面。以獵/掃雷艦艇為例，截至2010 年，全世界32 個沿海國家已建造全復合材料的獵/掃雷艦艇共計391 艘，而我國尚無1 艘在役。究其原因，認為主要源于如下方面：其一，我國艦船設計者和管理者們長期以來總是將復合材料結構設計簡單地歸屬為材料設計問題，而總體和結構設計的主導作用缺失；其二，與我國以往長期的粗放式經濟發展模式和全壽期費用的概念流于形式不無關系；最后，艦船結構設計者們對于新材料的應用過于謹慎，在緊迫的工程進度要求下，熟悉而技術成熟度相對較高的鋼質或鋁質船體結構一般會成為首選。鑒于此，本文將以推動艦船功能復合材料結構應用工程技術為背景，從分析主要技術特點入手，著重探討艦船總體和結構設計技術的內涵及其新興研究方向的發展需求。

1 面臨的困難與挑戰

二戰以后，隨著電氣化及信息化技術的日臻成熟和進步，電氣化、自動化已與信息感知及融合技術一起成為現代艦船技術發展的主要特征。船體結構作為各種裝置、系統及設備的載體平臺和適用性設計的基礎，是總體性能的綜合集成與集中體現。平臺與作戰系統之間相輔相成，關聯度極高，具有不可分割性。為了適應現代艦船技術快速發展的要求，總體設計技術，尤其是平臺結構設計技術在發展中所面臨的困難與挑戰至少體現在以下幾個方面：

1） 先進系統設備陸續應用，總體設計難度加大。

目前，對艦船總體重量及其分布特征帶來影響的增量因素主要源于減振降噪、先進的動力系統和作戰系統這些工程應用的需求，例如，大型浮筏隔振裝置、AIP 動力系統或核動力系統、電磁發射裝置、先進的作戰系統裝置與設備等。在進行總體空間布置時，先進的動力系統和減振降噪裝置一般處于艦船重心之下，并主要帶來艦船有效裝載需求的增加；而先進的作戰系統裝置與設備大多數則被布置在船體的上層空間，通常使艦船重心上移，導致穩性不足。這些因素加大了艦船總體設計的難度，集中體現為有效裝載荷重比、浮態和穩性控制要求的增加。因此，在設計應用輕量化、高強度的新材料結構物時并非簡單地替代，而更多地有賴于總體設計。

2） 船體結構及裝置系統保障性亟待提高。

船體結構及裝置系統的防腐、防污和防漏（統稱“艦船防護性”）與艦船全壽期費用尤其是降低維護費用及艇員維護負擔密切相關。此外，艦船防護性問題還嚴重影響艦船的可用性、可靠性，甚至是作戰效能[1]。上述問題盡管已受到業界的持續關注，然而自始至終也未得到有效或是徹底的解決。長久以來，艦船防腐技術主要圍繞涂層、電化學保護，以及銅合金、鈦合金等材料的應用技術來開展，核心機理均為界面絕緣處理和高電位保護，但對于長期處于復雜海洋環境中的艦船結構物而言，其結構特征之復雜、解決難度之大是不言而喻的。然而，除碳纖維增強復合材料外，迄今絕大多數的纖維增強復合材料以及高分子功能材料均屬電絕緣材料，它們有著固有的防腐蝕特性，所以應用復合材料和各種功能材料的空間廣闊，且全壽期經濟效益良好。

3） 綜合隱身功能性設計要求越來越高。

艦船綜合隱身技術應用屬系統工程。從目標被探測到的特征信號和艦船結構隱身功能性設計的要求來看，主要包括雷達散射截面積（RCS）、電磁場、紅外、聲輻射以及聲目標強度特性這幾個方面[2]。以水面艦船為例，復合材料綜合集成桅桿的應用[3]是綜合解決電磁兼容、RCS 與艦船總體穩性相矛盾的成功案例，而目前全球近400艘復合材料獵/掃雷艦艇成功應用的則是低磁船體結構[4]。在潛艇隱身技術方面，近年來，針對低航速下機械激勵源傳遞的聲學通道及聲輻射特征控制方面的機理研究已非常深入，并已取得顯著成效[5]。然而，對于中、高航速下流激噪聲和異常噪聲產生的機理及其控制措施方面的相關研究，目前尚比較缺乏；在聲目標強度特征控制方面，低頻段內艇體聲目標強度特征控制的技術路線仍不清晰，中、高頻段內典型部件（例如，艏端部、指揮室圍殼、舵翼）的聲目標亮點問題依然突出；此外，隨著聲隱身技術的不斷進步，非聲綜合隱身技術存在的問題也將日益突出。在各種功能材料不斷涌現的情況下，功能復合材料結構應用將成為瓶頸突破的有效技術途徑之一。

2 國外應用技術的發展

本文以西方國家海軍的潛艇為例，分析復合材料結構物應用技術的發展思路，并總結相關經驗。復合材料應用于潛艇結構最早可追溯到20 世紀50年代。1953年，美海軍首次將“海獅”(Guppy)級潛艇上各種外露設備的鋁合金導流罩外殼替換為玻璃鋼結構，結果證明了潛艇復合材料結構的適用性[4]。早期在潛艇上應用復合材料結構采用的主要形式為玻璃鋼加筋板，不但著重解決了船體結構的防腐問題，而且還降低了全壽期費用。1990年代以后，夾層結構、高性能特種纖維和各種功能材料技術日臻成熟，使得潛艇上的復合材料結構應用逐漸邁入新的階段?功能復合材料結構應用，且與武器裝備性能的發揮和平臺作戰使用特性的聯系越來越緊密。

2.1 應用回顧

2001 年，澳大利亞國防科學與技術機構（DSTO）所屬的航空與海洋研究實驗室發表了一篇很有意義的綜述性論文[4]，文中較為全面地闡述了西方國家艦船復合材料結構物的應用需求、范圍以及其應用狀態方面存在的優缺點。此外，該文還按照工程應用（D）、技術驗證(TD)和概念設計(C)這3 個層面，較為系統地給出了21 世紀初潛艇復合材料結構物的應用現狀與發展規劃（圖1）。由圖可見，復合材料的應用范圍極為廣泛，應用對象并不限于潛艇的非耐壓殼體、附體結構、裝置及其附屬設備，甚至已逐漸擴展到主承載的各型裝置結構物，例如軸系、螺旋槳、設備基座等。

圖1 現代潛艇復合材料結構應用[4]Fig. 1 Application of composite structures in modern submarine[4]

此外，德國潛艇技術的發展歷程也是潛艇復合材料結構物工程應用的經典案例。自上世紀60 年代以來，潛艇復合材料結構技術的發展特點在德國潛艇結構設計中得到了充分體現。由圖2所示德國潛艇復合材料結構從上世紀60 年代至21 世紀的發展歷程[6]可見，潛艇復合材料結構的應用至少具有以下3 個基本特點：

1） 應用范圍逐步擴大。上世紀60 年代，在209-1100 型潛艇上僅指揮室圍殼和上層建筑局部使用了復合材料可拆板和導流罩體；上世紀70 年代末，209 型潛艇指揮室圍殼的大部分和上層建筑全面應用了復合材料；21 世紀以后，212 型和214 型潛艇使用的復合材料延伸到了舵、翼等附體結構及舷側非耐壓殼體結構，基本實現了舷外非耐壓結構的全覆蓋。

圖2 德國潛艇復合材料結構應用[6]Fig. 2 Application process of composite structures in German submarine[6]

2） 結構形式不斷發展，呈現多樣性。早期的復合材料結構形式主要為單殼加筋板架結構，209型潛艇則是單殼加筋和夾層結構的混合應用，以色列海軍設計建造的“海豚”級潛艇以后全面采用夾層結構方案。

3） 材料體系不斷更新完善，功能性設計特征逐漸顯現。主要表現為GRP 向CFRP 體系的轉變。CFRP 結構相比GRP 結構重量更輕，剛度特性更優。

根據文獻[6]，在全面應用PVC 泡沫夾層上層建筑和指揮室圍殼等結構后，德國海軍認為潛艇應用復合材料結構對于提高總體設計的裕度和靈活性極為有利。因此，近10 多年來，德國海軍開始轉向研制復合材料的高壓氣瓶、螺旋槳等關鍵裝置。目前，發展路線已非常清晰，工程應用也比較成功。

除上述2 個經典案例外，有關西方海軍強國潛艇復合材料結構物的系統應用鮮有報道，公開資料也較為缺乏。然而，典型的應用案例卻并不少見，主要包括：復合材料耐壓殼、操縱控制面（舵和翼）、集成式升降裝置、艙內結構及裝置系統、深海潛器等[4,6-9]。

2.2 經驗分析

通過回顧西方國家海軍潛艇上應用玻璃鋼（FRP）材料結構的現狀，可以對現代艦船復合材料結構的應用狀態形成初步的認識。然而，如何在核心技術上實現突破，獲得技術領先地位，還需要真正了解艦船復合材料結構應用工程的技術特點，把握其技術規律。因此，總結國外先進艦船復合材料結構應用工程的發展現狀，至少可以發現以下基本規律和特點：

1） 在應用需求方面。早期艦船復合材料結構應用的主要目的是解決船體結構腐蝕和獵/掃雷艦艇的低磁化問題，然而隨著新材料的不斷涌現及其結構功能性的不斷發掘（例如，阻尼約束夾層、輕質高剛度泡沫夾層、高透聲玻璃鋼和超材料夾層等），以減輕結構重量為目的的隔聲型復合材料輕外殼、綜合集成桅桿和復合材料機庫等技術得到了工程應用。近年來，具有隱身功能要求的復合材料聲吶導流罩、舵翼、螺旋槳、泵噴導管、煙囪和管路系統等，也逐漸進入先進艦船裝備序列。由此可見，艦船復合材料結構的應用需求早已超越傳統結構的范疇，而與總體性能、功能性和綜合保障性設計融為一體，且彼此密切相關。

2） 在應用形式方面。艦船復合材料結構應用已從簡單的玻璃鋼單層加筋結構向夾層含筋、多層復合轉變，纏繞型結構也逐步得到關注。結構應用形式的多樣化充分表明，應用對象及設計要求已逐漸豐富，開始呈現多樣化、精細化的特征。同時，復合材料結構件制備工藝也是多種形式共存，例如，手糊成型、真空輔助成型（VARI）、樹脂傳遞模塑（RTM）成型和纏繞成型等。

3） 在材料體系內涵方面。在現代艦船復合材料結構應用工程中，“復合材料”一詞的內涵已不再局限于傳統意義上的玻璃鋼層合板，各種高性能纖維（例如，碳纖維、芳綸纖維、高強聚乙烯纖維等）和樹脂（例如，改性環氧、酚醛等各種適用于海洋環境的低成本樹脂體系）不斷涌現。隨著復合材料結構應用形式的多樣化，浮力材料、橡膠或者聚氨酯阻尼材料和PVC/PMI 泡沫等各種功能材料與復合材料結構的聯合應用，共同構成了艦船功能復合材料結構應用材料體系。由此可見，以實現最佳的性能及功能適用性為目的，各種先進材料和材料體系的組合以及復合形式的選擇，必然成為相關應用研究的重要組成部分。

4） 在設計技術范疇方面。隨著應用對象的擴展、性能要求的提高和結構形式以及材料體系的不斷豐富，艦船復合材料結構的設計問題已初步形成為一門涉及新功能材料學、船舶結構力學、減振降噪和綜合隱身技術的多學科交叉融合的應用學科體系。

3 技術特點

3.1 定義與工程意義

基于國外先進國家工程應用的現狀，本文認為現代艦船復合材料結構技術，應是以FRP 材料為結構基礎，以高分子材料應用為功能特色，并兼顧不同特性設計要求的艦船結構物多目標設計與應用技術的統稱。

在上述定義的基礎上，進一步建立復合材料結構可設計性與艦船性能及功能需求的對應關系，如圖3 所示。由于復合材料結構所具有的獨特特性（例如，輕質低密度特性、高比強度和優良的剛度可設計性、固有的高阻尼性、優異的耐腐蝕性），及其與聲、電、磁、熱等功能材料極佳的可復合設計特點，所以開展復合材料結構應用工程的重要意義預計將主要體現為對諸如總體平臺設計特性（堅固性與重量性）、綜合隱身性、電磁兼容性和綜合保障性等領域的技術瓶頸突破產生重大影響[10～13]。

圖3 復合材料結構特性與艦船性能及功能需求的對應關系Fig. 3 Characteristic relationships of composite structure corresponding to ship performance and functional requirements

3.2 三個“一體化”技術特點

1） 材料與結構的“一體化”技術特征。

對于材料與結構關系的認識，一般存在宏觀、細觀和微觀層面，材料與結構設計者能夠參與的層面及其程度是決定材料或結構屬性的關鍵。以傳統合金鋼為例，它同樣具備了宏觀、細觀甚至是微觀材料與結構的可設計性，例如合金、調質以及鍛造等工藝設計。但是，這種“一體化”的操作一般局限于精密構件的制作，而對于傳統的船體結構鋼的建造，此類細觀操作完全由材料工程設計人員掌握，一旦狀態固化，材料性能僅能在許可范圍內波動，結構設計者對材料性能的要求主要體現為選型。從此意義上看，可以認為船體結構鋼的材料與結構可設計性實際上是分離的。在宏觀層面上，復合材料可以被認為是一種材料。 而在細觀層面上，復合材料的增強纖維、樹脂基體和各種添加劑的選型、含膠量的控制及鋪層設計等，在很大程度上取決于材料結構的性能要求，而且必須由結構設計者、材料供應商和生產制造商共同決定，并根據結構物設計要求的變化及優化需要，進行組分、含量以及工藝方案的調整。因此，復合材料結構設計方案始于細觀層面，而且是材料與結構共同設計的結果，這是復合材料結構設計的首個“一體化”技術特征，即材料與結構的“一體化”。

2） 結構與功能的“一體化”技術特征。

在航空航天領域，降低結構重量是應用復合材料結構的首要目的，任何部（構）件重量的減輕都具有積極的現實意義。然而，由于與飛行器的航行支撐方式存在差異，艦船結構輕量化的實際工程價值顯得并不那么突出。相比而言，艦船總體設計者們更關注基于穩性要求所提出的結構重量和結構功能化設計問題。究其原因，一是艦船結構重量效益僅在大尺度結構件或者復合材料結構規模化應用后才能得到集中體現，而且相對于浮性而言，穩性對于艦船總體設計和航行安全性而言更為重要；二是艦船結構的設計除了需要滿足基本功能性要求外（例如，堅固性、密性和可靠性等），還應具有擴展的功能性設計要求（例如，安全性、隱身性及居住舒適性等），而擴展的功能性要求一般集中體現了艦船結構技術發展的平臺特殊性和方向。

對于穩性設計的意義，理解起來比較容易。但是，何謂結構的擴展功能性設計呢？以功能復合材料的舵葉及穩定翼為例[14-15]，傳統的鋼質舵葉對于中、高頻段的探測聲波表現為強反射亮點特征。然而，功能復合材料的舵葉在保留鋼質骨架的同時，通過透聲浮力材料填充和復合材料蒙皮技術方案，不僅能夠滿足傳統舵葉的結構性要求，而且還具有優異的聲目標亮點和聲輻射控制特性。再如，水面艦船的綜合集成桅桿在復合材料夾層殼板結構中嵌入波段選擇性功能材料?一種頻率選擇表面（frequency selective surface，FSS）[3]，實現了有益的電磁兼容功能特性。此類非結構性的特殊功能都是通過材料選型及內部構件的優化設計來實現的。這種以復合材料為基礎，且通過與不同功能材料的復合及優化設計的結構物被稱為功能復合材料結構，而艦船功能復合材料結構是指不僅能滿足常規結構性能要求，而且還具有滿足某些特殊性能要求的可設計性（例如，聲學特征、電磁波反射特征、磁電場特征、防腐蝕及耐沖蝕、減振隔聲等）的艦船結構物。功能復合材料結構設計主要表現為功能材料的選型設計和結構參數的多目標優化，而結構性與特殊的功能性彼此相互影響，必須開展匹配性設計。因此，完美的功能復合材料結構充分體現了結構與功能的“一體化”技術特征。

綜上所述，艦船復合材料結構的應用并非原有鋼質結構的等價替換，而是具有更高層面的功能性結構綜合設計特征，這是與在航空航天領域應用截然不同的重要技術特征及需求。一般而言，艦船結構的堅固性設計要求（例如，強度、剛度、穩定性等）通常是確定的且容易得到滿足，但結構的功能性設計要求則并非如此確定，而且設計水平還可隨著材料及工藝技術水平的提高而取得不斷進步，但這需要長期的跟蹤和持續投入。

3） 技術體系構成的“一體化”技術特點。

艦船結構應用工程屬系統工程，主要包括4 個技術模塊：總體設計、結構設計、材料選型與研制，以及建造工藝與質量檢測。以傳統鋼質船體結構為例，其一般由總體提出結構要求，然后通過分析完成材料選型，經計算迭代形成優化結構方案，最后完成工藝設計、建造與質量檢測。在傳統的艦船鋼質結構應用工程中，總體、材料、結構、工藝與檢測之間基本表現為如圖4 所示的串行技術特征，其根源在于船體鋼材料的基本性能不可變性，以及缺乏功能的可設計性。然而，由于艦船功能復合材料結構存在“材料與結構”和“結構與功能”的“一體化”技術特點，故其應用技術體系構成特征呈現出如圖5 所示的形式。

圖4 傳統船體鋼結構應用工程體系構成Fig. 4 The system composition of traditional hull steel structure application engineering

圖5 “一體化”應用工程技術體系特征Fig. 5 Features of integrated application engineering system

如圖5 所示，本文將總體設計與結構設計合并，將其簡稱為總體/結構設計技術。其中，總體設計不僅需要提出最基本的結構性使用要求，而且還應充分考慮其功能性要求和艦船適用性要求，形成結構設計要求、材料選型或研制要求；在開展功能性結構設計時，結構設計者必須根據結構和功能要求進行材料選型，完成對材料各項性能指標的評估； 此外，結構設計者還必須確保材料及結構的質量穩定，提出成型制備工藝方案的要求； 總體與結構、材料和工藝之間具有十分鮮明的一體化相互融合特點。綜上所述，可見工程設計特點與現代工程設計的信息集成技術和系統管理方法進一步融合構成了環形的“一體化”應用技術體系特征，這也是艦船功能復合材料結構應用工程中最重要的技術特點。

由于復合材料結構研制特點與低成本設計的迫切需求，且復合材料結構相比金屬結構更強調從研制開始就要求全壽期各階段的專家、參與者協同工作，所以更需要嚴格遵循“一體化”設計體系規律。

3.3 總體/結構設計技術內涵

1） 總體/結構設計技術研究范疇。

對圖5 所給出的復合材料結構應用工程技術體系特征進一步進行剖析，可知總體設計在整個應用工程技術體系中起著需求牽引、驗收與評價的作用；材料技術是工程基礎，是開展結構方案設計與性能優化的技術基礎和設計源泉；成型制備工藝與檢驗則是結構方案最終實現的途徑和保障。在整個技術體系中，結構設計技術具有承上啟下的作用，是確保設計方案科學合理的關鍵節點。

總體設計的主要工作是提出結構物的設計要求，該要求必須基于艦船平臺總體技術指標和功能特性技術指標的分解。其中，平臺總體技術指標可包括結構物的結構性要求、環境適用性要求和保障性要求等；功能性技術指標則主要可以包括綜合隱身性、電磁兼容性以及居住舒適性等相關結構與材料要求。平臺總體設計技術要求永遠是為滿足平臺總體發展需求，并基于特定的可選結構方案而提出。總體發展需求為結構方案的設計提供牽引，而新型或者合理的結構方案則為總體發展提供可能。可見，總體技術要求與結構方案之間存在密切的交互性，因此從此意義上來說，將之統稱為總體/結構設計技術是合理可行的。

實船適用性要求包括材料及結構件的環境載荷適用性及其與船體接口的特性，兩者均屬于艦船結構的最基本要求；而功能性則比較復雜，它主要包括總體平臺特性和隱身性。若將結構性和適用性通俗地理解為可用性，則功能性就屬于“好用”范疇。實質上，復合材料結構總體/結構技術的研究正是圍繞著這兩類問題展開的。

2） 關鍵技術體系探討。

根據以上分析，可對功能復合材料結構總體/結構設計技術研究工作的性質做如下表述：基于總體技戰術性能需求，建立與分解技術要求體系，開展結構形式與材料體系選型，進行結構性、功能性和實船適用性迭代計算，以及多目標綜合分析與優化，以驗證并最終確定技術方案。基于研究工作性質和設計特點，認為總體/結構設計的關鍵技術將主要來源于圍繞總體技戰術性能需求和“三性”要求的多目標綜合優化問題，對關鍵技術體系構成可做如下探討。

結構性設計技術是總體/結構技術的基礎，主要是結構強度設計，一般包括應力強度、剛度及穩性設計。其中，變剛度設計技術[16]是復合材料結構設計的重要優勢特點，也是大幅提高潛在結構性能的重要途徑，但由于制造成本高、設計與制造交互難度大，所以目前的技術成熟度還遠未達到要求。對于高精度主承載部（構）件，例如復合材料螺旋槳，設計時應加以關注。在結構性設計方面，目前更迫切需要解決的關鍵技術是確定結構設計許用系數（或安全系數）的方法。相關技術研究涉及了復合材料結構的極限強度、耐久性、容許缺陷以及健康監測[17]等一系列復雜問題，這些問題不僅是復合材料特性和艦船應用平臺環境特性的綜合體現，還是構建艦船復合材料結構設計規范體系的必要基礎。此外，重量性、密性和連接接頭設計也屬于結構性設計范疇，尤其是考慮了艦船特殊應用要求的復合材料結構連接技術。其中，亟需重點關注對耐壓水密性和振動傳遞等要求的特種連接技術的研究[18-19]。

復合材料結構的適用性設計實質上是其適應于海洋環境和船用環境的問題。復合材料本身雖然一般都具有優良的耐電化學腐蝕特性，但也同樣存在典型海洋環境載荷作用下的性能退化和老化現象，例如，溫/濕/紫外線照射/核輻射和海水侵蝕等。此外，關鍵技術瓶頸還體現為艙內環境使用時的衛生性、火災釋放性和火災剩余強度特性，這也是限制復合材料結構在水面艦船結構和潛艇艙內規模化工程應用的核心問題。其中，火災剩余強度特性評估涉及艦船典型復合材料結構的熱?力耦合損傷特征演變規律，以及材料/結構的一體化交互設計特征，然而在此方面的相關研究目前極為有限[20]。

功能性設計是現代艦船復合材料結構工程應用的特色要求，也是體現總體/結構綜合設計水平（或者稱“先進性水平”）的最重要指標。艦船復合材料結構的功能性設計涵蓋的領域非常廣，從艦船信息特征角度來看，至少應包括以下方面：電磁波隱身、電磁兼容、溫度場控制（紅外特征）、振動與艙室噪聲、振動與水下聲輻射、聲目標強度、電/磁場等。其中，近年來以電磁波隱身、振動與水下聲輻射和聲目標強度為工程背景的功能材料的技術研究尤其引人關注。在電磁波隱身技術方面，結構?導電或吸波復合材料的研究[21-22]是電磁波隱身復合材料結構設計與應用的關鍵技術基礎。而在水下聲隱身技術方面，例如在水下吸波型超材料技術[12-13]及中、高航速流激復合材料結構振動與噪聲特征機理的研究方面取得進展[23]，無疑將極為有利于推動未來功能復合材料結構應用的前進步伐。綜上所述，艦船復合材料結構的功能性設計，首先是體現為根據總體性能需求，開展功能材料及復合結構構型的選型設計；其次，是多目標綜合性能優化設計；最后，是綜合評估與驗證。艦船復合材料結構的功能性設計涉及的研究領域較廣，已不再局限于材料科學和結構力學的學科交叉，而是多學科融合的設計。其中，關鍵技術集中表現為針對功能性結構物的多目標性能計算、分析、優化和試驗驗證。

4 結語與展望

迄今，復合材料已與合金鋼、鋁合金共同成為先進制造技術國家船舶結構工程材料之一。100 多年前，鋼鐵取代木材成為船舶結構建造的主要對象，給船舶結構的設計帶來了一次革命性的飛躍。相信在可預見的未來，復合材料同樣也會帶來船舶結構設計技術的再次變革，成為有力推動艦船結構物設計技術飛速發展的新動力之一。

進入21 世紀以來，功能復合材料結構已逐漸成為現代艦船結構物設計與建造的新興技術領域。雖然我國近年來也加大了基礎理論體系研究的支持力度，但是距離先進國家及其他行業領域仍存在一定的差距。基于艦船功能復合材料結構物的工程應用技術特點和我國國情，認為應給予持續支持和重點關注的方面如下：

1） 開展行業領域發展的頂層設計，制定科學和可持續的發展路線與建設規劃；

2） 提高對多學科交叉領域基礎問題研究的關注度，深入開展新功能、新機理以及新結構型式的基礎性研究，以實現艦船復合材料結構物功能性設計領域的多點和全面突破；

3） 大力開展設計標準及規范體系性建設，這是堅實前行的重要保障。