薄盘、薄板和薄壳在大自然和工程技术中不断涌现，这些结构越大、越薄，便越有可能在弯曲载荷和压缩载荷的作用下挠度变形或起皱。原则上，增强柱或板的承弯刚度的任何东西也会增加其抗屈曲强度，使之在承压状态下更强韧。实现这一目标的方法之一是用绳索或缆绳固定杆或板，这是植物从未使用过的解决之道。还有一种方法或许更好，即用波纹或多孔结构增强带肋条或弦条构件的刚度。
木头是一种多孔材料，大多数其他植物组织亦如此，尤其是青草和竹竿的茎壁。此外，在生存竞争中，许多植物严重依赖其叶子的结构效率，因为它们必须以尽可能大的面积暴露在阳光下，以尽可能低的代谢成本完成光合作用。因此，叶子是一种重要的板式结构，它们似乎可以利用大多数已知的结构性手段来增强它们在弯曲状态下的刚度。几乎所有叶子都具有精致的肋条结构[8]，肋条间的薄膜靠多孔构造增强刚度，在某些情况下，波纹进一步增强了它们的刚度。除了这些，叶子整体上靠汁液的渗透压以流体静力学的方式增强刚度。
在工程结构中，板和壳经常要靠黏接、铆接或焊接到镀层上的肋条或弦条来增强刚度，尽管这并不总是达成此目标的最轻便或最便宜的方法。应对这个难题的另一个方法是将外壳镀层做成相互分离的两层，然后通过把它们粘到某种连续支持物上使之分开，支持物通常要做得尽量轻些。这种结构被称作“三明治结构”。
德哈维兰公司的著名首席设计师爱德华·毕晓普（Edward Bishop）在20世纪30年代设计的“彗星”客机机身（但如今已被遗忘），是夹层板首次被用于严肃的建造目的。[9]或许其最著名的应用是这款飞机的后续机型，即战时的蚊式轰炸机。在这两种机型中，夹层板的夹层都是用轻质的巴沙木做的，表层板则是用更重也更强劲的桦木胶合板粘在巴沙木的两侧制成的。
虽然蚊式轰炸机是一款很成功的飞机，但巴沙木容易浸水腐烂；此外，这种又软又脆的热带木材供应量有限，质量又参差不齐。而且，关于夹层和表板的芯材研究大约在此时又受到另一个因素的刺激：机载雷达的引入。使用这个设备，运动的雷达反射器或“扫描器”必须被放置到一个巨大的流线型圆顶或整流罩里保护起来，这种保护罩后来叫作“雷达罩”。然而，这些整流罩对高频无线电波来说必须是透明的，这意味着在实践中，它们必须用某种塑料制成，通常是玻璃纤维或有机玻璃。雷达罩对无线电透明度的大力提升——至少在理论上——靠的就是三明治结构，这种夹层结构的厚度与发出的辐射波长密切相关，就像现代相机镜头的涂层或“敷霜”的厚度与可见光波长相关一样。
潮湿的巴沙木就像任何其他潮湿的木材一样，对无线电几乎不透明；而在战时条件下，巴沙木几乎总是潮湿的。这便排除了将之用于雷达罩的可能性，也使开发更防水的轻质材料变得必要。“泡沫”人造树脂可以满足这一要求，它看起来就像蛋糖糕饼或“气泡”巧克力（见图13-15）。人们开发出大量泡沫树脂；它们有许多优势，不仅可用于雷达罩的夹层，还可用于各种各样其他结构的夹层板。其中一些至今仍在使用。例如，它们被用于造船，因为其泡壁或腔壁几乎不透水。但是，对于具备最高结构效率的夹层板的夹层，泡沫树脂材料比人们期望的要重一些，刚度也要低一些。换言之，轻质芯材的市场或多或少是开放的。
图13-15 泡沫树脂通常用作三明治结构中的轻质芯材
1943年年底的某日，一位名叫乔治·梅（George May）的马戏团老板打电话说要来法恩伯勒看我。他给我讲了几个杰拉德·德雷尔式的故事，主要是关于巡回马戏团养猴子的困难，之后他制作了某种看起来像书和六角手风琴的混合体的东西。当他拉动这个发明的末端时，它整个伸展开来，就像人们用作圣诞饰品的彩纸花饰。事实上，它是一种蜂窝纸板，重量极轻但强度与刚度却相当惊人。这样一个东西在飞机上能有任何用处吗？如乔治·梅谦虚坦承的那样，还有个小困难，那就是它是用牛皮纸与普通树胶制成的，根本不防潮，一旦被弄湿就会化为碎片。
一群飞机工程师极其冲动地想要张开双臂去拥抱一位马戏团老板的脖子并亲吻他，这样的场景在历史上肯定很少见。然而，我们克制住了这种冲动并告诉梅，用合成树脂对蜂窝纸板做防水处理就可以轻松解决这个问题了。
这恰好也是我们所做的事情（见图13-16）。造蜂窝纸板的纸在使用前要用未凝固的酚醛树脂溶液浸泡。蜂窝纸板做好并展开后，还要放到烤箱中烘烤，使树脂凝固硬化。其结果是，纸不仅防水，其强度和刚度也增强了。这种材料非常成功，被用作各种军用夹层中。虽然它如今在飞机上用得并不多，但世界上差不多有一半的住宅门是用薄胶合板或塑料板粘在蜂巢窝纸板两侧制成的。比起英国，它在其他国家的用途更广泛，尤其是在美国，所以全世界蜂窝纸板的产量一定非常可观。
虽然三明治结构、泡沫树脂和蜂窝纸板在工程领域的运用是件新鲜事儿，但它在生物学领域已经使用了很长时间。所谓的骨松质（见图13-17）就利用了这个原理。我们每个人的头盖骨就是一个相当好的例子，它们当然得承受弯曲载荷和屈曲载荷。
图13-16 蜂窝纸板的构造与使用(www.xing528.com)
图13-17 骨松质
【注释】
[1]其结果可能是质量集中得非常致密，以至于其自身引力场强大到不仅足以防止任何物质逃逸，还能阻断所有辐射形式的逃离。在这样一个范围内外不可能有双向通信，宇宙中的这些区域会永远地将我们拒之门外。这种区域叫作“黑洞”。就像詹姆斯·巴里爵士（Sir James Barrie）的荒诞戏剧《玛丽·萝丝》（Mary Rose）里的岛屿，它们“喜欢有人来造访”，但全部有去无回。
[2]针对剪切作用所引起的拉伸破坏和压缩破坏来说（比如，在延展性金属中），抗拉强度和抗压强度是相同的。但是，这条规则有太多例外，以致它在实践中没有什么价值。
[3]注意，主要由褐藻酸构成的海藻——一种脆弱的材质——是有预应力的，就像钢筋混凝土一样。正如钢筋混凝土节省了钢材，海藻也节约了稀有且具备强构件的纤维素。
[4]随着裂缝或压缩折痕以平直锋面（就像锯痕）穿过圆截面，其表面积的增长可能比其后面材料释放应变能的速率更快，所以格里菲斯很沮丧。
[5]他晚年逐渐失明除外。
[6]欧拉公式的几种现代推导可在教科书中找到。例如，可参见《物质的机械性能》（The Mechanical Properties of Matter）。
[7]在薄壁圆管上，局部屈曲一般出现在外壳上的应力值达到
的情况下。其中，t=壁厚，r=管半径，E=弹性模量。
[8]通常认为，约瑟夫·帕克斯顿爵士（Sir Joseph Paxton）于1851年设计的水晶宫正是受到了维多利亚百合的叶肋纹的启发。
[9]它与后来的同名喷气式客机没有直接关系。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
