复合材料夹层结构（Sandwich，三明治结构）由厚度较薄的复合材料面板以及较厚较大的低密度芯材粘接而成，芯材将上下两个高刚度、高强度面板隔离，形成适合承受弯曲载荷的复合材料夹层结构。在弯曲载荷作用下，弯矩转化为上下面板面内的拉伸应力和压缩应力，而中间芯材主要承受剪切应力作用。因此，夹层复合材料在弯曲载荷作用下可能会发生面板破坏、芯层破坏以及面板与芯材之间的界面破坏。
目前的试验测试方法主要是评估这面板和芯材的破坏。不同的试验标准之间的主要区别在于试样的支撑跨度，夹层梁的长度以及加载方式（三点弯曲、四点弯曲）
ASTM D7249
为了使复合夹层梁试样发生面板破坏，从而确定面板的极限强度，通常使用相对较长的支撑跨度和四点弯曲加载模式。对应的试验测试标准有ASTM D7249（Standard Test Method for Facing Properties of Sandwich Constructions by Long Beam Flexure），标准试样600mm长，76mm宽。底部支撑跨度560毫米，顶部加载点跨度100毫米。这种试验及加载方式旨在最大化复合材料面板中的弯曲应力，同时最小化芯材内的剪切应力。
四点弯曲试验
需要注意的是，由于大多数复合材料的抗压强度低于抗拉强度，因此通常会发生上部受压面板失效。此外，ASTM D7249标准为试样设计提供了一些经验法则：支撑跨度应至少是夹层厚度的20倍。另外还有可能在加载点处发生局部面板损坏或芯体破碎，为了解决这一问题，ASTM测试方法规定使用25毫米宽的平加载头，以帮助将力分配到更大的区域（下图所示）。此外，为了减少应力集中，建议在加载头上使用3毫米厚的橡胶压力垫。
ASTM C393
为了实现在弯曲载荷下，复合材料夹层梁试样发生芯材破坏，通常使用相对较短的支撑跨度和三点弯曲加载方式。参考标准有ASTM C393 （Standard Test Method for Core Shear Properties of Sandwich Constructions by Beam Flexure），标准推荐试样尺寸为200mm长，76mm宽，底部支撑跨度150mm，上部中心加载。这样可将上下面板中的弯曲应力降至最低，易产生芯材剪切破坏。
与ASTM D7249标准相似地，三点弯曲试验中同样需要使用橡胶垫来避免局部应力集中引起的试样破坏。
ASTM C393中给出了支撑跨距、芯材剪切强度、芯材压缩强度的计算公式，用于评估在面板破坏之前产生芯材剪切破坏或在中心载荷点处发生局部芯材压缩破坏。芯材剪切破坏以及芯材与面板之间的界面粘结破坏均为有效破坏模式。
三点弯曲试验
在2006年之前，ASTM C393是唯一的用于夹层复合材料结构的测试方法，该标准的较早版本即包含短梁夹层试样三点弯曲测试又包含长梁夹层试样四点载荷弯曲测试。此外，提供了关于样品设计和测试配置的最小指导，以产生所需的失效模式。在2006年ASTM D7249被标准化用于长梁夹层结构弯曲测试之后，ASTM C393即被改写为仅针对短梁弯曲测试。但是，在该标准的早期版本中，仍然保留了四点加载这种方式。
ASTM D7250
此外，在2006年，ASTM D7250（Standard Practice for Determining Sandwich Beam Flexural and Shear Stiffness）出现，主要用于测试夹层结构弯曲刚度及剪切刚度，该标准提供了夹层结构弯曲刚度D及剪切模量G的公式。
参考资料
ASTM D7249 / D7249M
ASTM C393 / C393M
ASTM D7250 / D7250M
复合材料力学
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