夾層結構的工作原理及優點

    作為孔隙材料芯材可以起到減輕結構的重量,增加結構的剛度,提高結構的強度等作用。夾層結構一般是由上面板、上面板與芯材的粘結層、芯材、下面板與芯材的粘結層以及下面板所構成,這五個要素組成了一個整體的夾層結構。夾層結構傳遞荷載的方式類似于工字梁(見圖1),上下面板(翼板)主要承受由彎矩引起的面內拉壓應力和面內剪應力,而芯材(腹板)主要承受由橫向力產生的剪應力(見圖2)。


    為了使夾層結構的各要素能協同承載,面板與芯材之間的粘接層必須能傳遞荷載,這樣至少應具備和芯材一樣的強度。通常,如果加載以后,夾層結構的芯材發生破壞,其破壞位置一般位于粘接層下面的芯材部分,因為粘接層芯材表面的孔隙中由于填充了膠粘劑/樹脂,提高了粘接層泡沫的強度。選擇正確的膠粘劑對夾層結構的強度也有非常重要的意義,通常在選擇膠粘劑的時候除了強度以外,還需要考慮使用溫度、煙霧條件及其與芯材的面板材料的兼容性。如果選擇與面板材料共固化,則膠粘劑或膠膜的固化條件需要與面板的共固化條件相一致。


   表1中的結構構造是常見的FRP船舶中的鋪層設計??梢钥闯?,在彎曲剛度相近的情況下,夾層結構的重量比非夾層結構減輕很多。
    泡沫夾層結構的優點還有:良好的隔熱和隔音性能、抗沖擊損傷性能及施工簡便性等。在夾層結構中由于芯材是孔隙材料,整個夾層結構的導熱系數和R值均比非夾層結構低。由于層合板的層數減少,降低了鋪層制作成型的工作量,同時因為夾層結構的剛度較高,減少了加筋的數量,這有利于沖擊荷載的擴散。此外,孔隙芯材還能降低船舶航行中的噪聲。