夹层板壳的夹心(如蜂窝夹心、波纹夹心等)一般不是连续材料,但在研究夹层板壳的宏观问题时,可把它折合成连续材料。这样,夹层板壳就可以作为一般板壳来处理。实验表明,只要夹心构造尺寸(如蜂窝格子的边长、波纹板的波长等)远小于夹层板壳的最小平面宽度,这种处理就是合理的。严格地说,蜂窝状夹心的板壳是各向异性的,但差异不大,可近似地作为各向同性板壳来分析。
以夹层板为例,问题可归结为求解挠度ω 和垂直于中面(xy平面)的直线段在xz、yz平面内的转角ψx、ψy。为了简化上述三个量的求解,可将问题等价地化为求解两个位移函数ω和f,它们与ω、ψx、ψy之间的关系为:
式中D为夹层板的弯曲刚度;C为剪切刚度;
研究表明,夹层板的问题,可分解为普通板问题和几个弹性地基上的薄膜问题,其中普通板问题比较简单并已为人们所熟悉,而考虑不同的薄膜问题的差别就形成不同的夹层板理论,具有代表性的是:
①瑞斯纳理论 假设表层是一个仅能承受自身平面的内力而不能承受弯矩的薄膜,夹心只起抗剪作用。在这种假设下,描述夹层板弯曲问题的微分方程为:
式中p为分布载荷;νf为表层的泊松比(见材料的力学性能)。
②霍夫理论 假设表层是普通薄板,它满足基尔霍夫假设(见薄板理论),而夹心只承受剪切作用。这种夹层板的微分方程为:
式中的ω0、ω1与ω 有如下关系: 而D0=D 2Df,Df为表层的弯曲刚度;k则是与夹心厚度、表层厚度、C和D有关的参量。
③普鲁萨科夫-杜庆华理论 假设表层是普通薄板,而夹心除承受剪切外,还可通过横向弹性变形承受垂直于板面的力。在此情况下,基本方程比霍夫理论多一个弹性地基上薄膜的方程。
对不同的结构和不同的受力情况应采用不同的理论。一般情况下,当求解夹层板的横向位移和整体失稳等工程问题时,采用瑞斯纳理论就够了。但在求解固支边界附近的应力和集中载荷作用下的夹层板等问题时,则要采用霍夫理论,或采用普鲁萨科夫-杜庆华理论。
现有夹层壳理论就其力学模型来说与夹层板理论类似,但由于曲率的存在,壳体的内力与挠度相互耦合,基本方程的数学表达式很复杂。以瑞斯纳理论为例,对于球壳或圆柱壳,相应的偏微分方程是10阶的,有5个边界条件。与夹层板类似,夹层壳的问题通常可分解为普通壳体的问题和一个弹性地基上薄膜问题。