因其具有较高的比强度和较大的比刚度等优点，三明治结构经常作为载荷传递和连接元件，广泛应用于航空航天、材料表征和柔性电子等领域。研究I型断裂模式是研究三明治结构断裂行为的简单有效方法之一，因此众多学者研究了I型断裂模式下三明治结构的断裂行为。

前人研究发现，中间层厚度、模量比和裂纹初始长度等参数都对三明治结构的断裂行为有很大影响，但对中间层厚度较大的情况关注较少。随着大型船舰等的发展，中间层厚度较大的三明治结构需求变多。因此为了更好地应用三明治结构及更深入地了解其断裂行为和特点，本文基于理论建模和有限元模拟，系统地研究了三明治结构I型断裂行为。主要研究结果如下：

（1）基于改良弹性地基理论模型，同时考虑到中间层厚度对三明治结构I型断裂的影响，建立了三明治结构I型断裂的理论模型。中间层厚度的影响主要分为两部分：中间层剪切力的影响及中间层厚度增加带来的结构刚度增加的影响。将两个模型进行对比，可以发现中间层厚度、模量比和无量纲裂纹初始长度中任一变量的增大都会造成中间层剪切力对能量释放率影响的增大。中间层厚度的增大或模量比的减小都会造成结构刚度对能量释放率影响的增大，而无量纲裂纹初始长度的变化不会对其造成影响。

（2）通过结合围道积分后处理的有限元方法，建立了求解能量释放率的三明治结构I型断裂模型，讨论了各参数对三明治结构能量释放率的影响。并将理论模型与有限元模型进行了对比，当无量纲中间层厚度取最大值2的时候，改良弹性地基理论模型与有限元结果的相对误差为83%，而新理论模型与有限元结果的相对误差仅为5%，新理论模型与有限元结果更为吻合。这一结论可以说明新理论模型适用范围更广。

（3）利用新理论模型，以常见的金属作上下层（即非中间层），假定结构的断裂韧性为常数，讨论了各参数对临界载荷的影响。可以发现，随着无量纲中间层厚度的增大，临界载荷先减小后增大。随着模量比增大和裂纹初始长度的减小，临界载荷增大。将这一结论应用到工程中时，只要选择模量小的非中间层，就可以用较小的载荷使结构达到其断裂韧性而破坏。

（4）利用新理论模型和有限元模拟研究了三明治结构的界面应力。可以发现不同接头形状会造成在内凹临界点出现应力集中现象。新理论模型和有限元模拟的界面应力结果有一定差距。考虑到理论模型无法表征裂尖奇异性，将理论模型与裂尖奇异性造成的界面应力进行叠加，并与有限元结果进行比较，发现吻合的较好。