Giới thiệu về kết cấu sandwich
Kết cấu sandwich là sự phối hợp của hai hay một số dạng vật liệu hoặc kết cấu có những
đặc điểm chịu lực khác nhau, đôi khi là trái ngược nhau, thành một hệ thống có khả năng
chịu lực tối ưu. Khái niệm về kết cấu sandwich lần đầu được khởi xướng bởi Fairbairn [41] trong một hội nghị khoa học ở Anh vào năm 1849. Noor, Burton và Bert [63] tiếp tục phát
triển kết cấu sandwich hoàn thiện hơn dựa trên cấu trúc sandwich ban đầu của Fairbairn.
Dạng kết cấu sandwich cơ bản có mặt cắt ngang gồm ba lớp: hai lớp vỏ mỏng có cường độ
cao, chúng được đặt cách xa nhau và liên kết với nhau bằng một lớp lõi có cường độ không
cao và trọng lượng nhỏ như Hình 1-1 [63]. Cũng ở Anh, kết cấu sandwich có lớp vỏ bằng
kim loại và lớp lõi rỗng dạng tổ ong hoặc dạng sóng lần đầu tiên được ứng dụng để chế tạo
máy bay. Kết cấu sandwich đã được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp như tàu thủy,
tàu cao tốc, hàng không vũ trụ, Trong ngành xây dựng, kết cấu sandwich được áp dụng
với mục đích chủ yếu nhằm giảm trọng lượng bản thân kết cấu, tăng độ cứng và tạo khả
năng vượt nhịp lớn. Bên cạnh đó, dạng kết cấu này đòi hỏi tính dễ chế tạo và có giá thành
thấp.
Trong kết cấu sandwich, các lớp chịu lực có cường độ cao được đặt cách xa nhau nên
khả năng chịu lực và độ cứng của kết cấu được tăng lên đáng kể so với các kết cấu thông
thường, trong khi trọng lượng tăng không đáng kể. Do đó, cùng với một giá trị tải trọng
nhất định, kết cấu sandwich có khả năng chịu lực lớn hơn và độ võng nhỏ hơn rất nhiều so
với kết cấu thông thường sử dụng cùng vật liệu. Lớp lõi tuy không yêu cầu khả năng chịu
lực cao nhưng đóng vai trò tạo khoảng cách làm tăng độ cứng, giữ ổn định, tạo liên kết và
đảm bảo sự làm việc đồng thời giữa các lớp vật liệu trong kết cấu sandwich.
Hình 1-2 thể hiện hiệu quả của kết cấu sandwich so với kết cấu thông thường trên
phương diện độ cứng chống uốn, khả năng chịu uốn trong khi trọng lượng gần như không
đổi. Có thể thấy, việc sử dụng thêm lớp lõi với trọng lượng nhỏ có chiều dày bằng 2 lần và
4 lần chiều dày của kết cấu thông thường thì độ cứng chống uốn của mặt cắt sẽ tăng lên
tương ứng 12 lần và 48 lần, còn khả năng chống uốn sẽ tăng tương ứng 6 lần và 12 lần.