復合材料夾層結構基本原理及芯材的力學性能和測試方法

    根據材料力學梁的彎曲理論，根據夾層結構的幾何數據和各部分材料的彈性模量可以算出結構的等效剛度（El）eq，則面層和芯材部位產生的拉、壓應力如下：

式中，M： 夾層結構承受的彎矩
      y： 離中性軸的距離
      Ef：面層的彈性模量
      Ec：夾芯材料的彈性模量
1.2 面層和芯材的剪應力分布
    根據材料力學梁的彎曲理論，夾層結構中的剪應力分布如圖3所示。

    在工程實踐中，為便于計算，可以對其進行線性簡化，如圖4所示。那么剪應力可按下式進行簡化計算：

式中，Q：截面承受的剪刀
      b：夾層結構梁的寬度
      C：芯材的高度
1.3 面層和芯材的匹配
    從上面的分析可以看到，面層承擔了大部分的拉、壓力，芯材承擔了大部分的剪力。而面層的強度和剛度都遠大于夾芯材料，對于夾層結構設計人員來說，如何能夠使這兩種力學性能大相徑庭的材料完美的結合在一起，充分發揮各自的優點，即滿足使用要求，又不浪費材料。
    在夾層結構受彎情況下，夾層結構主要是靠芯材的剪切來傳遞直接施加在面層上的力，在復合材料夾層結構中，FRP面層的模量和強度都很高，只有高剪切強度和大剪切斷裂延伸率的芯材才適用，如常用的PVC、PET、SAN、PEl、PMI等泡沫芯材。要根據夾層結構在使用中可能的受力狀況，選用適當種類和密度的芯材，合理設計面層和芯材的厚度， 按照前面介紹的應力計算方法，或用相關的有限元分析軟件，進行反復的計算驗證，最終達到較優的設計方案。
    若選用剪切強度低， 或是剪切斷裂延伸率小的芯材，則芯材破壞時，面層可能只發揮了1％不到的強度，則會造成材料的浪費。