复合材料夹层结构基本原理及芯材的力学性能和测试方法

    根据材料力学梁的弯曲理论，根据夹层结构的几何数据和各部分材料的弹性模量可以算出结构的等效刚度（El）eq，则面层和芯材部位产生的拉、压应力如下：

式中，M： 夹层结构承受的弯矩
      y： 离中性轴的距离
      Ef：面层的弹性模量
      Ec：夹芯材料的弹性模量
1.2 面层和芯材的剪应力分布
    根据材料力学梁的弯曲理论，夹层结构中的剪应力分布如图3所示。

    在工程实践中，为便于计算，可以对其进行线性简化，如图4所示。那么剪应力可按下式进行简化计算：

式中，Q：截面承受的剪刀
      b：夹层结构梁的宽度
      C：芯材的高度
1.3 面层和芯材的匹配
    从上面的分析可以看到，面层承担了大部分的拉、压力，芯材承担了大部分的剪力。而面层的强度和刚度都远大于夹芯材料，对于夹层结构设计人员来说，如何能够使这两种力学性能大相径庭的材料完美的结合在一起，充分发挥各自的优点，即满足使用要求，又不浪费材料。
    在夹层结构受弯情况下，夹层结构主要是靠芯材的剪切来传递直接施加在面层上的力，在复合材料夹层结构中，FRP面层的模量和强度都很高，只有高剪切强度和大剪切断裂延伸率的芯材才适用，如常用的PVC、PET、SAN、PEl、PMI等泡沫芯材。要根据夹层结构在使用中可能的受力状况，选用适当种类和密度的芯材，合理设计面层和芯材的厚度， 按照前面介绍的应力计算方法，或用相关的有限元分析软件，进行反复的计算验证，最终达到较优的设计方案。
    若选用剪切强度低， 或是剪切断裂延伸率小的芯材，则芯材破坏时，面层可能只发挥了1％不到的强度，则会造成材料的浪费。