结构材料（Structural Materials）
领域概述：结构材料是指以承受机械载荷为主要用途的材料，强调其力学性能在各种服役条件下的稳定性和耐久性。典型的结构材料包括金属结构材料（钢铁、有色合金等）、结构陶瓷（高性能混凝土、耐火砖、SiC/Si3N4陶瓷件等）、高分子结构材料（工程塑料、纤维增强聚合物复合材料）以及结构复合材料（碳纤维复合材料、夹层结构材料等）。选择结构材料时，首要考虑的是其强度、刚度、韧性等能否满足设计要求，同时还需兼顾密度（影响自重和惯性）、成本和环境适应性等因素。以航空航天为例，铝合金、钛合金因为密度小、比强度高而被大量采用，近年来碳纤维复合材料更因性能优异用作飞机机身、机翼结构；建筑土木领域则以钢筋混凝土为支柱，钢材提供抗拉强度，混凝土提供抗压和耐火性，二者组合形成经济可靠的承重体系。结构设计总是在材料性能、结构尺寸和安全裕度之间平衡：在保证足够强度的前提下，尽量减轻重量、降低成本。材料科学与结构工程的结合催生了“材料设计准则”，例如要求材料具备一定的断裂韧性以防止微裂纹在服役中快速扩展失控。
结构材料在使用过程中面临各种苛刻服役环境的考验：高温（如燃气轮机叶片承受数百摄氏度高温，需要高温合金和冷却设计）、腐蚀（海洋设施和化工装置面临盐雾或介质腐蚀，需要耐蚀合金或涂层防护）、疲劳（车辆和飞机结构反复载荷下会逐渐累积损伤，需要材料具有抗疲劳性能并进行定期检查）、蠕变（发电站蒸汽管道在高温恒应力下缓慢伸长变形，需要高蠕变强度材料）等等。例如，航空发动机高压涡轮叶片在高温高应力下工作数千小时，会发生蠕变-疲劳交互损伤，因此采用了单晶高温合金并在表面施加陶瓷热障涂层以提升寿命；又如海上风电机组的复合材料叶片需要经受强紫外、盐雾环境，以及周期应力，应对措施包括使用抗UV树脂基体、内置传感器监测裂纹等。在核能领域，结构材料（如压水堆的锆合金包壳）不仅受高温高压，还受中子辐照，会产生辐照硬化和脆化效应，对此科研人员开发了低辐照敏感性的合金并加强对在役构件的无损检测。服役失效模式也是结构材料选择的依据之一：如果某类结构更易发生疲劳断裂，则选材时偏向断裂韧性高的材料；若长期蠕变变形是限制因素，则需要高熔点、晶粒稳定的材料。
设计与发展趋势：现代结构材料正向“两极化”发展：一方面是极端条件用材的发展，如面向航空航天的超高温合金（服务温度 > 1200°C）、超高温陶瓷（HfC、TaC 等用于高超音速飞行器前缘）；另一方面是满足可持续和经济性的常规结构材料优化，如高强度钢、耐腐蚀合金、新型工程塑料，以更低成本提供更高性能。仿生结构材料也是有趣的方向，通过借鉴天然材料（贝壳珍珠层、骨骼等）的层结构或梯度结构，人工制备出兼具高强度和高韧性的复合结构材料。值得一提的是，随着人们对安全可靠性的日益重视，结构材料的健康监测和寿命预测技术越来越重要，材料科学需要与传感技术、数据分析结合，发展出能够自诊断、自适应的智能结构。例如，在复合材料内部集成光纤或压电传感器实现实时损伤监控。
参考学习资料
1) 教材 / 书籍
Springer：Structural Materials—Properties and Selection（Antonio José Pero-Sanz 等，2019）
适合本科高年级/研初与工程师；围绕力学/物理/化学性能与应用，系统讨论金属、陶瓷、高分子与复合材料的选材原则与实例；附图表与案例分析。
链接：https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-030-26161-0。
McGraw-Hill：Mechanical Metallurgy（G. E. Dieter，3e，1986/1988）
金属材料力学行为经典教材；需具备材料力学与塑性基础。涵盖弹塑性、蠕变、疲劳与断裂、成形与加工极限等，配例题与数据表，适合结构材料设计与失效分析入门。
链接（书目信息）：https://books.google.com/books?id=hlabmB3e8XwC（出版社旧版产品页难检）。
（中文教材举例）《工程材料及其成形基础/工程材料学》（高校教材，多版本）
用于材料/机械类专业基础课；覆盖工程材料性能、相图与热处理、钢铁与有色合金、非金属材料及成形工艺，强调选材与工艺基础；可据高校出版社目录选择配套版本。
链接示例：高等教育出版社课程资源页 https://icc.hep.com.cn/nwpu/gcclyjxzzjc（出版社页示例）。
2) 手册 / 标准 / 数据库
ASM Handbook Vol.20：Materials Selection and Design（ASM International）
工程选材与设计的综合参考；提供材料性能数据、失效模式与成本—性能权衡方法，适合结构件设计与案例检索。
链接：https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/59/Materials-Selection-and-Design。
顶级期刊： 包括 Materials Science and Engineering A、Materials & Design 等。