復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)基本原理及芯材的力學(xué)性能和測(cè)試方法

    前言 我國(guó)復(fù)合材料工業(yè)的發(fā)展起始于20世紀(jì)50年代，經(jīng)過(guò)50余年的發(fā)展，由于“輕質(zhì)高強(qiáng)”的優(yōu)異性能，其應(yīng)用領(lǐng)域已由最初的航空航天和國(guó)防業(yè)滲透到了當(dāng)今國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。如化工管罐，運(yùn)動(dòng)器材，汽車(chē)部件，建筑，船艇，軌道交通，風(fēng)力發(fā)電葉片等等。隨著復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，產(chǎn)品的尺寸不斷變大， 夾層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。
1、復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)基本原理
    復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)由強(qiáng)度很高的面層和強(qiáng)度較低的輕質(zhì)夾芯材料組成，在彎曲荷載下，上下面層承擔(dān)主要的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，芯材主要承擔(dān)剪切應(yīng)力。芯材的力學(xué)作用機(jī)理是連接面層使之成為整體構(gòu)件，讓薄而強(qiáng)的面層在承擔(dān)較高拉壓應(yīng)力的同時(shí)不發(fā)生屈曲， 并將剪切力從面層傳向內(nèi)層。以面層厚度相等的單夾層結(jié)構(gòu)在彎曲載荷作用下的響應(yīng)為例，來(lái)說(shuō)明夾層結(jié)構(gòu)的基本原理。
1.1 面層和芯材的拉、壓應(yīng)力分布
    在彎曲載荷作用下，假設(shè)面層和芯村的界面沒(méi)有損壞，即在界面處的變形是連續(xù)的，且材料處于線彈性范圍內(nèi)，則夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的拉壓應(yīng)變分布如圖1所示。

    由于面層和芯材的彈性模量不同，所以其應(yīng)力分布會(huì)發(fā)生突變，面層的拉、壓應(yīng)力遠(yuǎn)大于芯材的拉、 壓應(yīng)力，如圖2所示。