多孔金屬夾層鑲板樣品截面分析金相顯微鏡
輕質高效結構
為了開發“三明治”夾層結構鑲板梁，必須進行優化設計方法研究。
優化的目標函數是尋找一定彎曲剛度和強度下的最小重量，以便得到輕質
高剛度或高強度的梁結構。下面將用四個標題表述其優化方法，并將優化
后的“三明治”夾層結構板或梁與具有加強筋結構的板或梁進行比較。其
中主要比較內容是：(1)與高剛度加強筋鑲板或環形薄殼進行比較；(2)與
蜂窩狀芯體“三明治”夾層結構的剛度、強度進行比較。數十年的研究工
作已經可以允許這些優化結構在實際中使用，以現有這些結構性能所能達
到的結果為目標，是很難超越的。多孔金屬系統結構的優勢就是來自可接
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
合的“三明治”夾層鑲板已經達到了輕質效果，同時其力學性能也勝于以
結構性能為基礎的多孔金屬芯體的力學性能。但是，這種蜂窩狀的芯體存
在耐久性低的問題，同時水分也容易侵入并發生層裂；另一方面，它們的
價格相對較高，特別是當要求設計成弓形鑲板或薄殼時，價格便成為主要
問題。
與傳統結構相比，多孔金屬芯體“三明治”夾層結構也許是最輕質的
優化結構而且這種結構最有可能達到性能上的優勢，如果在相對低的載荷
作用下(實際上這類結構材料多在低載荷下使用。這是因為，作為芯體材料
主要是經受壓縮塑性變形)，載荷主要由“三明治”夾層結構的面板承受，
在芯體上承受的載荷相對較小。
結構指數
承受彎曲或壓縮載荷的鑲板、薄殼以及管的輕量化設計主要基于載荷
大小、自重和剛度。其中剛度由結構指數確定。自重大小依據使用條件下
允許承受的應力、剛度以及位移大小進行最小化。也就是說，最大限度地
發揮結構材料的性能優勢是優化的終極目標。因此，結構指數表達式中包
括了載荷、尺寸、材料彈性特征參數以及芯體密度。所以，結構指數的具
體表達式依賴于結構形式、載荷大小以及可能出現的破壞模式。我們用兩
個無量綱化的參數口、沙分別表征載
