在航空航天、汽车和轨道交通等轻量化应用中，材料不仅要实现减重，还需要兼顾强度、刚度、损伤容限和成形能力。纤维金属层合板正是在这一背景下受到广泛关注的一类先进结构材料。与单一金属或单一复合材料相比，这类材料能够在高比强度、高比刚度、抗疲劳和成形适应性之间实现更好的平衡。
碳纤维铝合金层合板 （Carbon Fiber-Reinforced Aluminum Laminates;CARALL）是其中的重要代表。该材料通过碳纤维增强复合材料层与铝合金层交替层合，将复合材料的高比性能与铝合金的延性和损伤容限结合起来。2026 年 1 月，《Composites Part B: Engineering》发表了南昌大学与俄罗斯莫斯科鲍曼国立技术大学的综述文章《State-of-the-art review on the flexural behavior of carbon fiber-reinforced aluminum laminates (CARALL)》，系统梳理了 CARALL 在弯曲行为方面的研究进展，内容覆盖制造工艺、材料体系、层合设计、损伤机理、数值建模和实验表征等多个方面。
综述关注的核心问题是：CARALL 在弯曲载荷下受哪些关键因素控制，以及这些因素如何共同影响结构性能与成形表现。 文章首先从制造与成形入手，总结了手糊铺层、热压成形、热压罐共固化和 真空辅助树脂传递模塑（Vacuum-Assisted Resin Transfer Molding，VARTM）等典型制备路线，同时也介绍了超声辅助层压和电热辅助加热等工艺增强方法。
在材料体系方面，综述归纳了 CARALL 常用的碳纤维、树脂和铝合金体系。碳纤维方面包括 T300、T700、T800 等常见体系；树脂方面涉及环氧、聚醚醚酮（Polyether ether ketone，PEEK）、聚苯硫醚（Polyphenylene sulfide，PPS）等热固性或热塑性基体；铝合金则主要覆盖 2xxx、5xxx、6xxx 和 7xxx 系列。文章借此强调，CARALL 的弯曲表现并不是由某一种单独材料决定的，而是金属层、复合材料层及其界面共同作用的结果。
图1 CARALL的制造路线与工艺增强示意图
在结构设计方面，文章总结了铺层顺序、纤维方向、金属/复合材料厚度比、金属体积分数以及层合构型对弯曲性能的影响。综述给出的对比结果表明，在总厚度一定时，金属体积分数并不是越高越好；随着金属比例增加，弯曲强度和弯曲模量可能下降。相比之下，合理的层合构型更有助于在刚度、强度、回弹控制和分层抗力之间取得平衡，其中 3/2 构型表现出较好的综合性能。
界面问题是这篇综述特别强调的一条主线。CARALL 并不是简单的“铝板+复合材料”叠加体，而是一个高度依赖界面质量的层合体系。文章指出，铝合金表面处理、界面层设计和树脂体系选择会显著影响层间载荷传递、分层起始和最终失效模式。也就是说，CARALL 的弯曲性能不仅取决于材料本体，更取决于界面能否稳定、有效地传递载荷。
图2 具有相同总厚度但不同金属体积分数的CARALL弯曲响应对比
在弯曲机理与模拟方面，文章认为 CARALL 的损伤演化具有明显的多机制耦合特征，既涉及铝合金层的塑性变形，也涉及复合材料层内损伤和层间脱粘。因此，单纯依赖传统层合板理论往往难以完整描述其失效过程。近年来，研究中越来越多地引入有限元方法、内聚力模型（Cohesive Zone Model，CZM）和渐进损伤模型，并进一步向多尺度模拟发展，以提高对弯曲失效和界面演化的预测能力。
在实验表征方面，综述指出，CARALL 的弯曲性能评价不能只停留在单一三点弯曲结果上，还需要结合界面和层间特性进行综合分析。文中提到的相关测试与表征方法包括三点弯曲、短梁剪切、双悬臂梁、端部缺口弯曲、V/U 形弯曲试验，以及低速冲击后残余弯曲测试等。同时，数字图像相关（Digital Image Correlation，DIC）、声发射（Acoustic Emission，AE）和显微计算机断层扫描（Computed Tomography， CT）等技术，也被用于实时监测变形与损伤演化。
图3 推荐的CARALL弯曲有限元建模与界面多尺度模拟策略
总体来看，这篇综述的价值在于，它没有把 CARALL 的弯曲行为简单理解为某一个参数的变化结果，而是把材料组成、层合设计、制造工艺、界面质量、实验表征和数值建模放在同一个框架下进行讨论。文章清楚地表明，CARALL 的弯曲性能本质上是一个多因素耦合问题：铺层设计决定基本承载方式，厚度配置影响刚度与回弹，界面完整性控制载荷传递与分层失效，而可靠建模和标准化测试则是推动工程应用的重要基础。
对于碳纤维金属层合板研究而言，这篇文章的意义不仅在于“总结现状”，更在于指出了下一步的发展方向：未来 CARALL 的性能提升，不能只依赖单一材料优化，而需要进一步走向界面-工艺-结构协同设计，并建立更完善的实验验证与模型标定体系，才能真正推动其在复杂轻量化结构中的应用。
原始文献：
Liang, C., Chen, J., Gu, J., Luo, X., & Evsyukov, S. A. (2026). State-of-the-Art Review on the Flexural Behavior of Carbon Fiber-Reinforced Aluminum Laminates (CARALL). Composites Part B: Engineering, 113444.
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2026.113444
编辑：复小可
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