摘要
管道是运输石油天然气的重要工程结构，是运输石油天然气的主要方式。随着社会对石油天然气的需求日益剧增，输油气管道所铺设的距离也越来越长，所经历的环境也越来越复杂，对管道安全性考验也越来越大。管道若在运输途中发生断裂失效，带来的经济损失十分巨大，因此保证管道在复杂环境作用下的安全性十分重要。本文针对X80管道，利用损伤力学模型对X80管线钢和X80管道环焊缝展开了韧性断裂行为的研究，主要研究内容与结论如下： （1）对X80管线钢断裂行为进行研究，首先通过标准拉伸试件确定了其基本力学性能，并标定了塑性本构力学参数。其次设计了包含负应力三轴度到高应力三轴度的应力状态范围的异形拉伸试件；通过数值计算方法建立各个工况下的弹塑性有限元模型，结合有限元与试验的结果获取了不同应力状态下的断裂参数，基于获取的断裂参数建立了X80管线钢的断裂准则，经验证断裂模型预测误差在10%以内；同时得到X80管线钢抗拉强度随应力三轴度呈二次函数上升的规律。 （2）对于X80管道环焊缝韧性断裂，首先针对管道环焊缝制定微小的压缩试件，确定了环焊缝的塑性硬化曲线。其次设计了缺口在焊缝处的异形试件，进行了焊缝材料的破坏试验，同样进行了各个工况的数值计算。结合有限元与试验的结果，获取了各个工况下的平均应力三轴度、平均Lode参数与断裂应变，建立了与母材类似的二维断裂模型；在二维模型的基础上进一步考虑了 Lode 参数对环焊缝断裂的影响，标定了ERT 与 LSMCS 两个三维断裂模型的待定参数。并将二维模型与三维断裂模型带入计算模型进行验证，发现三维模型断裂的预测精度更高：其中二维断裂模型最大预测误差达到18%，而三维断裂模型预测误差均在10%以内。 （3）基于建立的本构模型，研究了直径为1422mm管道环焊缝缺陷在内压与弯矩共同作用下的断裂响应，并针对环焊缝缺陷尺寸进行了参数化研究，得到了在内压与弯矩共同作用下环焊缝缺陷尺寸对断裂的影响规律。
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