夹芯结构材料

三明治结构复合材料是一类特殊的复合材料，它是通过将两层薄而坚硬的表皮附着在轻质但厚实的芯材上而制成的。 芯材通常是低强度材料，但其较高的厚度为夹层复合材料提供了高弯曲刚度和整体低密度。

开孔和闭孔结构的泡沫，如聚醚砜聚氯乙烯、聚氨酯、聚乙烯或聚苯乙烯泡沫、轻木、复合泡沫和蜂窝是常用的芯材。 有时，蜂窝结构会填充其他泡沫以增加强度。 开孔和闭孔金属泡沫也可用作芯材。

玻璃或碳纤维增强热塑性塑料或主要是热固性聚合物（不饱和聚酯、环氧树脂……）的层压板被广泛用作蒙皮材料。 在某些情况下，金属板也用作蒙皮材料。

核心通过粘合剂或通过钎焊与金属部件结合到皮肤上。

夹层结构的重要发展总结如下。

• 公元前 230 年阿基米德描述了xxx定律和计算密度的方法。
• 25 BC Vitruvius 报告了罗马桁架屋顶结构中材料的高效使用。
• 1493年达芬奇发现三点弯曲的中性轴与载荷偏转关系。
• 1570 Palladio 提出了带有斜梁的桁架梁结构，以防止剪切变形。
• 1638 Galileo Galilei 描述了管子与实心棒的效率。
• 1652 Wendelin Schildknecht 报告了带有弯曲木梁钢筋的夹心梁结构。
• 1726 年 Jacob Leupold 记录了带有受压屋顶的管状桥梁。
• 1786 年 Victor Louis 在巴黎皇宫的画廊中使用铁夹心梁。
• 1802 Jean-Baptiste Rondelet 分析并记录了带有垫片的梁中的夹层效应。
• 1820 年 Alphonse Duleau 发现并发表了夹层结构的惯性矩。
• 1830 年，罗伯特·斯蒂芬森 (Robert Stephenson) 使用由木头镀铁制成的三明治梁框架建造了 Planet 机车
• 1914 年 R. Höfler 和 S. Renyi 获得了首次将蜂窝结构用于结构应用的专利。
• 1915 年 Hugo Junkers 获得了xxx个用于飞机应用的蜂窝芯材的专利。
• 1934 年 Edward G. Budd 获得了波纹金属板焊接钢蜂窝夹层板的专利。
• 1937 年，克劳德·多尼尔 (Claude Dornier) 获得了蜂窝夹层板的专利，该夹层板的表皮以塑性状态压入核心单元壁。
• 1938 年 Norman de Bruyne 获得了蜂窝夹层结构的结构粘合剂粘合专利。
• 1940 年 de Havilland Mosquito 是用夹层复合材料制成的； 带有胶合板皮的轻木芯。

金属复合材料 (MCM) 是一种夹层结构，由两层薄金属表层在受控压力、热量和张力下以连续工艺粘合到塑料芯上。

再生纸现在也被用于闭孔再生牛皮纸蜂窝芯上，形成轻质、坚固且可完全再浆化的复合板。 这种材料被用于包括购买点展示、舱壁、可回收办公家具、展台和墙壁分隔板在内的应用。

为了固定不同的面板，除其他解决方案外，通常使用过渡区，逐渐降低芯高度，直到两个纤维表层接触。 在这个地方，可以通过螺栓、铆钉或粘合剂进行固定。

根据芯的类型和芯支撑表皮的方式，夹层结构可分为以下几类：均匀支撑、局部支撑、区域支撑、单向支撑、双向支撑。 后一组以蜂窝结构为代表，由于具有最佳的性能重量比，通常用于要求最苛刻的应用，包括航空航天。

复合材料的强度主要取决于两个因素：

• 外皮：如果夹层结构在两侧都得到支撑，然后通过梁中间的向下力施加压力，则弯矩会在材料中引入剪切力。 剪切力导致底部蒙皮处于拉伸状态而顶部蒙皮处于压缩状态。 核心材料将这两层表皮隔开。 核心材料越厚，复合材料越坚固。 该原理的工作原理与工字梁的工作原理大致相同。
• 芯与表皮之间的界面：由于复合材料中的剪切应力在芯与表皮之间快速变化，因此粘合剂层也会承受一定程度的剪切力。 如果两层之间粘合