一、引言

纤维金属层板（Fiber Metal Laminates，简称FML）是一种由金属薄板与纤维增强复合材料通过胶接工艺复合而成的新型结构材料。它结合了金属和复合材料的优点，具有高强度、高模量、良好的抗疲劳性能和耐腐蚀性能等，在航空航天、汽车、船舶等领域得到了广泛的应用。由于FML的层间结构特点，其层间断裂韧性（Interlaminar Fracture Toughness，简称GIC）成为了影响其力学性能和可靠性的关键因素之一。准确测定FML的GIC具有重要的理论和实际意义。

GB/T41738-2022《纤维金属层板I型层间断裂韧性（GIC）试验方法》是我国针对纤维金属层板I型层间断裂韧性测定的国家标准，该标准规定了纤维金属层板I型层间断裂韧性的试验原理、试样制备、试验设备、试验步骤、数据处理和结果报告等内容，为纤维金属层板I型层间断裂韧性的准确测定提供了统一的方法和规范。

二、试验原理

GB/T41738-2022标准中规定的纤维金属层板I型层间断裂韧性试验方法是基于线弹性断裂力学原理，采用单边切口弯曲（Single Edge Notch Bend，简称SENB）试样，通过三点弯曲加载方式，使试样在切口根部产生裂纹扩展，测量裂纹扩展过程中的载荷-位移曲线，根据线弹性断裂力学公式计算纤维金属层板的I型层间断裂韧性GIC。

试验过程中，将带有切口的纤维金属层板试样放置在三点弯曲试验夹具上，在跨距中点施加集中载荷，使试样在切口根部产生裂纹扩展。通过位移传感器测量裂纹扩展过程中的位移变化，同时记录载荷变化。根据载荷-位移曲线，可以得到裂纹扩展过程中的起裂载荷P0、失稳扩展载荷Pu和裂纹张开位移（Crack Opening Displacement，简称COD）δ。根据线弹性断裂力学公式计算纤维金属层板的I型层间断裂韧性GIC，公式如下：

GIC = (Pu × δ) / (B × W)

B为试样宽度，W为试样厚度。

三、试样制备

试样的制备是纤维金属层板I型层间断裂韧性试验的重要环节之一，试样的质量直接影响试验结果的准确性。GB/T41738-2022标准中对试样的制备方法、尺寸和形状等都有详细的规定。

1. 材料选择

试样应采用与实际使用的纤维金属层板相同的材料和工艺制备，以保证试样的性能与实际使用情况相符。

2. 试样尺寸

试样的尺寸应根据纤维金属层板的厚度和尺寸确定，试样的宽度B应不小于10mm，厚度W应不小于5mm，跨距L应不小于4W。

3. 切口制备

试样的切口应采用机械加工方法制备，切口角度应为90°，切口根部半径应不大于0.1mm。切口应垂直于试样的加载方向，且切口根部应无裂纹和其他缺陷。

4. 试样表面处理

试样表面应平整光滑，无油污、氧化皮等杂质。在试验前，试样表面应进行适当的打磨和抛光处理，以保证载荷能够均匀地传递到试样上。

四、试验设备

纤维金属层板I型层间断裂韧性试验需要使用专门的试验设备，GB/T41738-2022标准中对试验设备的要求包括加载装置、位移测量装置、数据采集系统和环境要求等。

1. 加载装置

加载装置应能够提供三点弯曲加载方式，加载力应能够精确控制，加载速度应能够根据试验要求进行调节。

2. 位移测量装置

位移测量装置应能够准确测量裂纹扩展过程中的位移变化，位移测量精度应不低于±0.01mm。

3. 数据采集系统

数据采集系统应能够实时采集试验过程中的载荷和位移数据，并能够对数据进行处理和存储。

4. 环境要求

试验环境应保持恒温恒湿，温度应控制在（23±2）℃，相对湿度应控制在（50±5）%。

五、试验步骤

纤维金属层板I型层间断裂韧性试验的具体步骤如下：

1. 试样安装

将制备好的试样安装在三点弯曲试验夹具上，确保试样的切口根部位于加载点下方，且试样的加载方向与加载装置的加载方向一致。

2. 加载试验

启动加载装置，按照试验要求的加载速度对试样进行加载，同时记录载荷和位移数据。

3. 裂纹扩展观察

在试验过程中，应通过显微镜或其他观察手段观察裂纹扩展情况，记录裂纹扩展的起始位置、扩展方向和扩展速度等信息。

4. 数据处理

根据试验过程中记录的载荷和位移数据，绘制载荷-位移曲线，并根据曲线计算裂纹扩展过程中的起裂载荷P0、失稳扩展载荷Pu和裂纹张开位移δ。根据线弹性断裂力学公式计算纤维金属层板的I型层间断裂韧性GIC。

5. 结果报告

试验结束后，应根据试验结果撰写试验报告，报告内容应包括试验目的、试验方法、试样制备、试验设备、试验结果和结论等。

六、结论

GB/T41738-2022《纤维金属层板I型层间断裂韧性（GIC）试验方法》是我国针对纤维金属层板I型层间断裂韧性测定的国家标准，该标准规定了纤维金属层板I型层间断裂韧性的试验原理、试样制备、试验设备、试验步骤、数据处理和结果报告等内容，为纤维金属层板I型层间断裂韧性的准确测定提供了统一的方法和规范。在实际应用中，应严格按照标准要求进行试验，确保试验结果的准确性和可靠性。