多孔金屬夾層鑲板樣品截面分析金相顯微鏡
輕質(zhì)高效結(jié)構(gòu)
為了開發(fā)“三明治”夾層結(jié)構(gòu)鑲板梁，必須進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究。
優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)是尋找一定彎曲剛度和強(qiáng)度下的最小重量，以便得到輕質(zhì)
高剛度或高強(qiáng)度的梁結(jié)構(gòu)。下面將用四個(gè)標(biāo)題表述其優(yōu)化方法，并將優(yōu)化
后的“三明治”夾層結(jié)構(gòu)板或梁與具有加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的板或梁進(jìn)行比較。其
中主要比較內(nèi)容是：(1)與高剛度加強(qiáng)筋鑲板或環(huán)形薄殼進(jìn)行比較；(2)與
蜂窩狀芯體“三明治”夾層結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度進(jìn)行比較。數(shù)十年的研究工
作已經(jīng)可以允許這些優(yōu)化結(jié)構(gòu)在實(shí)際中使用，以現(xiàn)有這些結(jié)構(gòu)性能所能達(dá)
到的結(jié)果為目標(biāo)，是很難超越的。多孔金屬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)就是來(lái)自可接
受的性能和低成本或高的耐用性。例如，蜂窩狀金屬芯體與高分子面板復(fù)
合的“三明治”夾層鑲板已經(jīng)達(dá)到了輕質(zhì)效果，同時(shí)其力學(xué)性能也勝于以
結(jié)構(gòu)性能為基礎(chǔ)的多孔金屬芯體的力學(xué)性能。但是，這種蜂窩狀的芯體存
在耐久性低的問題，同時(shí)水分也容易侵入并發(fā)生層裂；另一方面，它們的
價(jià)格相對(duì)較高，特別是當(dāng)要求設(shè)計(jì)成弓形鑲板或薄殼時(shí)，價(jià)格便成為主要
問題。
與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，多孔金屬芯體“三明治”夾層結(jié)構(gòu)也許是最輕質(zhì)的
優(yōu)化結(jié)構(gòu)而且這種結(jié)構(gòu)最有可能達(dá)到性能上的優(yōu)勢(shì)，如果在相對(duì)低的載荷
作用下(實(shí)際上這類結(jié)構(gòu)材料多在低載荷下使用。這是因?yàn)�，作為芯體材料
主要是經(jīng)受壓縮塑性變形)，載荷主要由“三明治”夾層結(jié)構(gòu)的面板承受，
在芯體上承受的載荷相對(duì)較小。
結(jié)構(gòu)指數(shù)
承受彎曲或壓縮載荷的鑲板、薄殼以及管的輕量化設(shè)計(jì)主要基于載荷
大小、自重和剛度。其中剛度由結(jié)構(gòu)指數(shù)確定。自重大小依據(jù)使用條件下
允許承受的應(yīng)力、剛度以及位移大小進(jìn)行最小化。也就是說(shuō)，最大限度地
發(fā)揮結(jié)構(gòu)材料的性能優(yōu)勢(shì)是優(yōu)化的終極目標(biāo)。因此，結(jié)構(gòu)指數(shù)表達(dá)式中包
括了載荷、尺寸、材料彈性特征參數(shù)以及芯體密度。所以，結(jié)構(gòu)指數(shù)的具
體表達(dá)式依賴于結(jié)構(gòu)形式、載荷大小以及可能出現(xiàn)的破壞模式。我們用兩
個(gè)無(wú)量綱化的參數(shù)口、沙分別表征載
