类型a：学术研究报告
1. 研究作者与发表信息
本研究的作者包括Xiujie Zhu、Chao Xiong、Junhui Yin、Yuhang Qin、Haitao Sun、Kaibo Cui、Youchun Zou及Huiyong Deng，均来自中国人民解放军陆军工程大学石家庄校区（Army Engineering University of PLA, Shijiazhuang Campus）。研究论文题为《Three-point bending characteristics of all-composite sandwich panels with different core configurations》，发表于期刊《Mechanics of Advanced Materials and Structures》，在线发表于2023年1月31日，DOI编号为10.1080⁄15376494.2023.2172237。
2. 学术背景与研究目标
该研究属于复合材料力学与结构工程领域，聚焦于轻量化复合材料夹层板（sandwich panels）的弯曲性能优化。夹层板因其高比强度（specific strength）和优异的承载效率，广泛应用于航空航天、船舶、汽车等领域。然而，不同芯层构型（core configurations）对夹层板力学响应的影响尚未系统研究。
研究团队通过模压热成型（mold hot pressing）制备梯形波纹芯（trapezoidal corrugated core, TC），并进一步切割、粘接、排列成五种新型芯层结构：六边形蜂窝（hexagonal honeycomb, HH）、交错波纹晶格（staggered corrugated lattice, SCL）、双向波纹晶格（bidirectional corrugated lattice, BCL）、增强六边形蜂窝（reinforced HH, RHH）及增强交错波纹晶格（reinforced SCL, RSCL）。研究目标包括：
- 比较六种夹层板的三点弯曲失效过程；
- 评估芯层构型和增强筋（stiffener）对弯曲性能的影响；
- 建立通用解析模型预测弯曲刚度和失效模式；
- 通过实验、解析与数值模拟结合，研究铺层参数（ply parameters）和波纹尺寸（corrugated sizes）的影响。
3. 研究流程与方法
3.1 试样制备
- 材料与工艺：采用T300/环氧树脂预浸料（prepreg），纤维体积分数为67±3%。通过模压热成型制备连续梯形波纹芯（TC），随后切割并二次粘接为HH、SCL、BCL等构型，RHH和RSCL通过嵌入增强筋实现。
- 试样参数：面板（face）和芯层（core）铺层均为[45/-45/0/90/0]s，厚度均为1 mm；芯层高度（hc）16 mm，水平段长度（fc）6 mm，波纹腹板角（corrugated web angle, α）60°。
3.2 三点弯曲实验
- 实验设置：依据ASTM7269标准，使用Instron 5982万能试验机，跨距（span）280 mm，压头直径20 mm。通过应变片和数字相机记录应变-时间数据和变形历史。
- 测试内容：每种构型至少3个试样，记录载荷-位移曲线、失效模式及能量吸收（energy absorption, EA）。
3.3 解析模型建立
- 弯曲刚度预测：总挠度（deflection）由弯曲挠度（db）和剪切挠度（ds）组成，引入弯曲折减系数（vi）以考虑芯层粘接区不连续性的影响。
- 失效载荷预测：考虑8种失效模式（如面板屈曲、芯层剪切断裂等），通过最小失效载荷确定初始失效。
3.4 数值模拟验证
- 有限元模型：使用Abaqus/Explicit建立三维模型，采用Hashin准则判定复合材料损伤，Cohesive单元模拟界面脱粘（debonding）。
- 参数分析：结合实验与解析结果，研究铺层角度（hf, hc）、芯层厚度（tc）、波纹角（α）等参数的影响。
4. 主要研究结果
4.1 实验观察
- TC夹层板：载荷15.22 kN时面板起皱（face wrinkling），峰值载荷16.95 kN后面板与芯层脱粘，最终完全失效。
- BCL与SCL：因粘接区不连续，出现面板凹陷（face dimpling），峰值载荷分别为5.34 kN和4.57 kN。
- 增强构型（RHHRSCL）：增强筋使RSCL和RHH的峰值载荷分别提升45.97%和60.29%，且RHH的弯曲刚度（2.41 kN/mm）显著高于HH（1.81 kN/mm）。
4.2 解析与数值验证
- 解析模型预测的弯曲刚度误差<5.97%，失效载荷误差<7.29%，与实验和有限元结果一致。
- 数值模拟重现了面板屈曲、芯层剪切褶皱（shear creasing）等失效模式，验证了模型的准确性。
4.3 参数影响
- 铺层角度：0°铺层最大化弯曲刚度（TC达3.48 kN/mm），但增加hc会降低失效载荷。
- 波纹尺寸：大α（65°–75°）和小fc（2–10 mm）使TC和BCL获得高失效载荷（>25 kN）。
5. 研究结论与价值
- 科学价值：揭示了芯层构型与增强筋对弯曲性能的调控机制，提出了通用解析模型，填补了多构型夹层板设计理论的空白。
- 应用价值：为航空航天等领域提供轻量化设计依据，如TC适用于高承载场景，RHHRSCL适合需高刚度与抗脱粘的结构。
6. 研究亮点
- 创新方法：首次通过二次加工TC制备五种新型芯层，并建立统一解析模型。
- 重要发现：增强筋可显著提升抗脱粘能力，但无法消除SCL的面板凹陷现象。
- 三维失效机制图：直观展示参数对失效模式与载荷的影响，指导工程选型。
7. 其他价值
研究还提供了铺层参数（hf, hc）、芯层厚度（tc）与波纹尺寸（α, fc）的设计空间，为定制化夹层板开发奠定基础。