文 献 综 述

1课题背景和研究意义

压力管道属于承压类特种设备,是具有爆炸危险的特种生产与输送设备,广泛应用于石油、化工、炼油、轻工、医药、城市煤气、宇航工程和热能电站等许多重要工业生产部门^[1]。压力管道在制造、加工、安装和使用过程中不可避免存在各种缺陷，服役中往往发生断裂、疲劳、表面损伤等方式的失效，其中尤以断裂最为危险,它不但造成重大的经济损失,而且常导致严重的人员伤亡事故^[2]。我国每年因断裂造成的损失十分巨大，若能对这些含缺陷的管道失效前进行安全分析与评定，将会产生很大的经济效益和社会效益。

钛材的比强度高、耐腐蚀性能好，同时具有较强的断裂韧性，克服了普通结构材料在比强度与断裂韧性上不可兼得的缺点^[3]。由于良好的耐蚀性能和可加工变形性能，工业纯钛成为国内常用于钛制设备或容器的主要材料之一^[4,5]。随着钛材在压力管道中的大量使用，含缺陷压力管道的安全问题也了引起广泛重视。因此，研究正交各向异性含缺陷的工业纯钛TA2管道具有一定的工程意义。

2 裂纹断裂参量

压力管道在制造和使用过程中不可避免的会出现裂纹等缺陷，含缺陷压力管道的安全评定技术主要是建立在断裂力学理论基础之上的。传统断裂力学理论主要分为线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学两大部分。其中，线弹性断裂力学主要以应力强度因子K作为判据，弹塑性断裂力学则主要以J积分作为断裂判据^[6]。

2.1应力强度因子K

应力强度因子这个概念是Irwin基于Griffith经典断裂理论提出的，用于描述裂纹尖端附近的应力场强度，其认为裂纹尖端应力场强度因子达到表征材料断裂韧性的临界应力强度因子时，裂纹开始扩展。虽然应力强度因子K是基于材料的线弹性行为建立的，仅能在小范围屈服条件下使用，但是其在J积分弹性部分的估算和失效评定图中都是重要的断裂参量。

2.2 COD理论和J积分理论

在实际工程应用中，韧性好的材料使用较多，此时裂纹尖端塑性区尺寸明显超出裂纹尺寸，弹性断裂准则无法应用，故必须采用弹塑性断裂准则进行求解分析。1960年Dugdale^[7]提出了D-B条状屈服区模型，1963年Wells^[8]基于D-B模型提出了COD（Crack Opening Displacement）理论，运用COD描述弹塑性条件下裂纹的扩展规律，并于1965年^[9]提出了裂纹尖端张开位移准则。