实际结构拘束相关断裂韧性的确定方法研究

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1、实际结构拘束相关断裂韧性的确定方法研究杨杰王雷上海理工大学能源与动力工程学院化工过程机械研究所摘要：材料的断裂韧性受裂尖拘束的影响，为了对含裂纹结构进行准确的完整性评定，需要计算拘束相关的断裂韧性。基于统一拘束参数Ap及其与断裂韧性的统一关联，提出了一种实际结构拘束相关断裂韧性的确定方法。并以核电站主管道为例,对不同长度、不同深度3D裂纹的断裂韧性与起裂弯矩进行了计算。计算结果表明:管道裂纹的断裂韧性和起裂弯矩与裂尖拘束密切相关，a/t=O.5,a/c=O.5°.6形状尺寸的裂纹更容易发生断裂。此研究对于发展纳入拘束效应的结构完整性评定技术和方法、提

2、高结构可靠性等方面具有重要的意义。关键词：拘束;断裂韧性;管道;结构完整性;作者简介：杨杰，男，1987年1月生，山东省荷泽市人，汉族。上海理工大学讲师，博士学位，硕士生导师，从事材料与结构损伤断裂行为的教学与研究工作。收稿日期：2016-10-14基金：国家自然科学棊金(51605292)STUDYONTHEDETERMINATIONMETHODOFCONSTRAINTDEPENDENTFRACTURETOUGHNESSOFSTRUCTUREYANGTieWANGLeiInstituteofChemicalMachinery&ProcessEqui

3、pment,SchoolofEnergyandPowerEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology;Abstract：Thefracturctoughncssofmaterialarcaffectedbytheconstraintatcracktip.Inordertoassessthestructuralintegrityofcrackedstructureaccurately,itneedstoobtaintheconstraintdependentfracturetoughne

4、ss.Inthispaper,basedontheunifiedconstraintparameterApandtheunifiedcorrelation1inewithfracturetoughness,adeterminationmethodofconstreiintdependentfracturetoughnessofstrueturcisproposed.Furthermore,theconstraintdependentfracturetoughnessandfracturebendingmomentofpipelinewithdiffe

5、rentcracklengthsanddepthsarecalculated.Theresultsshowthatthefracturetoughnessandfracturebendingmomentaredependingonthecracktipconstraintclosely,thecrackwitha/t二0.5anda/c=0.5〜0.6willfracturceasily.Thisstudyiswithgreatsignificanceofdevelopingstructuralintegrityassessmentwhichinco

6、rporatesconstrainteffect,increasingthereliabilityofstructure,andsoon.Keyword：Constraint;Fracturetoughncss;Pipeline;Structureilintegrity;Received：2016-10-14引言随着人类文明的进步和经济的快速发展，工业化进程的速度越来越快。在推进工业化的同时，保障机械设备的安全至关重要。为了预防事故的发生，需要对各工业领域中的机械设备，包括压力容器、管道及焊接接头等进行准确的安全设计和结构完整性评定。目前世界上已经颁

7、布的含缺陷结构的完整性评定规范达数十部,如英国的R6［l］和BS7910［2］、欧洲的SINTAP［3］和FITNETFitness-for-Service（FFS）法［4-7］、美国的ASMEM＞日本的1ST法回等。其所使用的评定方法通常有两种:裂纹驱动力法（CDF）和失效评定图法（FAD）。在这些基于断裂力学理论的评定方法中，都需要准确测量材料的断裂韧性。然而，材料的断裂韧性受裂尖拘束的影响。拘束可以看作为结构对裂尖区材料塑性变形的阻碍，它与三轴应力状态密切相关，是影响材料断裂行为的重要因素。在小范围屈服条件下，裂尖应力场由断裂力学参数K.或J单

8、参数控制;而在大范围屈服条件下，K.或J与裂纹尖端应力场失去了一一对应的关系，这种现象称之为拘束的丧失，拘束