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

    前言 我國復合材料工業的發展起始于20世紀50年代，經過50余年的發展，由于“輕質高強”的優異性能，其應用領域已由最初的航空航天和國防業滲透到了當今國民經濟的各個領域。如化工管罐，運動器材，汽車部件，建筑，船艇，軌道交通，風力發電葉片等等。隨著復合材料應用領域的擴展，產品的尺寸不斷變大， 夾層結構的應用也越來越廣泛。
1、復合材料夾層結構基本原理
    復合材料夾層結構由強度很高的面層和強度較低的輕質夾芯材料組成，在彎曲荷載下，上下面層承擔主要的拉應力和壓應力，芯材主要承擔剪切應力。芯材的力學作用機理是連接面層使之成為整體構件，讓薄而強的面層在承擔較高拉壓應力的同時不發生屈曲， 并將剪切力從面層傳向內層。以面層厚度相等的單夾層結構在彎曲載荷作用下的響應為例，來說明夾層結構的基本原理。
1.1 面層和芯材的拉、壓應力分布
    在彎曲載荷作用下，假設面層和芯村的界面沒有損壞，即在界面處的變形是連續的，且材料處于線彈性范圍內，則夾層結構產生的拉壓應變分布如圖1所示。

    由于面層和芯材的彈性模量不同，所以其應力分布會發生突變，面層的拉、壓應力遠大于芯材的拉、 壓應力，如圖2所示。