夹层结构的工作原理及优点
作为孔隙材料芯材可以起到减轻结构的重量,增加结构的刚度,提高结构的强度等作用。夹层结构一般是由上面板、上面板与芯材的粘结层、芯材、下面板与芯材的粘结层以及下面板所构成,这五个要素组成了一个整体的夹层结构。夹层结构传递荷载的方式类似于工字梁(见图1),上下面板(翼板)主要承受由弯矩引起的面内拉压应力和面内剪应力,而芯材(腹板)主要承受由横向力产生的剪应力(见图2)。

为了使夹层结构的各要素能协同承载,面板与芯材之间的粘接层必须能传递荷载,这样至少应具备和芯材一样的强度。通常,如果加载以后,夹层结构的芯材发生破坏,其破坏位置一般位于粘接层下面的芯材部分,因为粘接层芯材表面的孔隙中由于填充了胶粘剂/树脂,提高了粘接层泡沫的强度。选择正确的胶粘剂对夹层结构的强度也有非常重要的意义,通常在选择胶粘剂的时候除了强度以外,还需要考虑使用温度、烟雾条件及其与芯材的面板材料的兼容性。如果选择与面板材料共固化,则胶粘剂或胶膜的固化条件需要与面板的共固化条件相一致。

表1中的结构构造是常见的FRP船舶中的铺层设计。可以看出,在弯曲刚度相近的情况下,夹层结构的重量比非夹层结构减轻很多。
泡沫夹层结构的优点还有:良好的隔热和隔音性能、抗冲击损伤性能及施工简便性等。在夹层结构中由于芯材是孔隙材料,整个夹层结构的导热系数和R值均比非夹层结构低。由于层合板的层数减少,降低了铺层制作成型的工作量,同时因为夹层结构的刚度较高,减少了加筋的数量,这有利于冲击荷载的扩散。此外,孔隙芯材还能降低船舶航行中的噪声。








































