含缺陷焊接管道高级评定方法的研究及应用

'摘要海底管线作为一种工程结构，在实际中有着广泛而重要的应用，担负着输送诸如石油、天然气等介质的重要任务。同时，作为一种焊接结构，管线的焊接接头也不可避免的会存在各种可能的焊接缺陷。随着工程实际应用的发展，人们逐渐以“合于使用”的思想原则来对焊接缺陷可能给结构带来的影响进行合理的评价，而不再采用以往使用的“完美无缺”的经验方法来要求结构中不能存在任何的焊接缺陷。这不仅将结构的经济性纳入考虑的范围，而且为评定结构安全运行提供了坚实的理论基础和试验验证。本文以“合于使用”的思想为原则，依据欧共体提出的标准SINTAP(Stmctu】mIntegrityAssessmentProcedure)，应用有限元的方法，对中国海洋石油总公司渤海石油公司(COOEC)所开发的旅顺至大连间海底石油传输管线X56海底管线钢进行安全评估。在此过程中，首先熟悉和了解SINTAP标准，确定应用于本评定的方法。为了获得进行安全评估所需的管道材料的性能数值，通过对X56管线进行力学和断裂韧度试验，获得相应的焊缝和母材的力学性能和断裂韧度。应用有限元软件ANSYS模拟含表面裂纹的X56海底管线模型，并计算裂纹尖端的J积分值，建立J-CDF评定图。在此基础上，依据SINTAP标准的规定，应用评定图对表面裂纹尺寸固定的海底油气管道进行安全评估。最后，应用VB编程软件，对本评定方法进行编程，形成易于工程实际使用的程序，实现此评定方法的现实应用。关键词：管线钢，安全评定，SINTAP，有限元，J积分 ABSTRACTAsakindofengineeringstructure，thesubmarinelinehasabroadandimportantapplications，suchasdeliveringpetroleum，naturalgasorthelike．Whiletheweldedjointofthepipeline，asakindofweldeds仃ucture，incursweldingdefectsinevitably．Withthedevelopmentoftheengineeringapplicationinpractice，graduallypeopleasSeSStheinfluenceoftheweldingdefectsonthes打uctlⅡ．esbasedontheprincipleofthe“fitnessforuse”，withoutimposingtherequirementthatthestructureshouldnotcontainanyweldingdefectsasconventionallyemployed．Thisstepnotonlytakestheeconomiccostofthe咖c骶intoaccount，butalsoprovidesastabletheoreticalbasisandexperimentalverificationforthesafeperformanceofthestructure．。Accordingtotheprincipleofthe“fitnessforuse”andtheregulationoftheSINTAP(StructIlmlIntegrityAssessmentProcedure)，thispaperadoptsthef"miteelementmethodtOmakeanengineeringcriticalassessment(ECA)forthepetroleumsubmarinelineX56betweenLvshunandDalianwhichisdevelopedbytheCOOEC．Tofinishtheassessment，atfirst，wegettoknowtheregulationsandthetheoriesoftheSINTAPanddeterminethesafeassessmefitmethod．Then，weobtainthetensilepropertyandfracturetoughnessoftheX56pipelineandtheweldbyperformingthetensiletestingand纳cturetoughnesstestingontheX56pipeline．Subsequently,wesimulatethemodelofX56pipelinewitllsurfacecrackbythefmiteelementsoRwareANSYSandcomputeJintegralofcracktip，andthen，makeaJ-CDFdrawingforsafeassessment．BythisdrawingweassessthepipelinewithfixedsurfacecracksizeinaccordancewiththeregulationoftheSINTAP．Atlast，bymeansofthesoftwareVB，wemakeaprogramonthisassessmentmethod，whichiseasyforoperationforthefutureuseinengineeringKEYWORDS：Pipeline，Safeassessment，SINTAP，Finiteelement，Jintegrant 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：孑嗡讶签字日期：2哆年2月／日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解苤洼苤堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权苤鲞盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：引确精签字日期：2D07年2月／日导师签名：签字日期：秒夕年／月乃p日 天津大学硕士学位论文I．I引言第一章概述管道运输是目前世界上第四种重要的运输方式，特别是海底油气管道，在能源输送过程中起着十分重要的作用。通过海底油气管道，把海上油气田的整个油气集输与贮运系统联系起来，也使海上油气田与整个石油工业系统联系起来。海底管道的起源和发展，在国际上己有较长的历史。从1954年在美国的墨西哥湾由Brown＆Root海洋工程公司铺设的第一条海底管道以来，在世界各近海海域成功地铺设了无数条各种类型、各种管径的海底管道n3。我国海底管道的铺设，因受海洋工程发展较缓慢，且装备与技术相对落后等因素的影响而起步较晚。在我国近二十年海上油气田开发中，从最初的油气田内部短距离海底管道发展到各类长距离平台至陆地海底管道，海底管道设计、施工技术有了长足发展。我国第一条海底输油管道是中日合作开发的埋北油田内部管线．，1985年建成投产，至今仍在生产运行。我国第一条长距离油气混输海底管道是92年建成投产的锦"N20-2天然气凝析油混输管道，这条长486公里的管道是国内第一条由国内铺管船铺设的海底管道。我国迄今为止最长的海底管道是95年底建成投产的由南海崖13-1气田至香港的海底输气管道，由美国JPKenny公司设计，意大禾LJSeiPem公司铺设。我国第一条长距离稠油输送海底管道是2001年建成投产的绥中36-1油田中心平台至绥中陆上终端海底管道，该管道完全由国内公司设计铺设，自2001年油田投产以来系统运转正常，可以说，绥中长距离海底输油管道填空了国内外海底长距离输送高粘原油的空白心1。海底油气管道属于海洋工程结构的一种，其必然受到海洋自然环境的影响，例如：水文、气象、海底地形等，同时在特殊情况还需考虑地震、海啸等偶然因素。海底管道承担着输送石油、天然气以及易燃、易爆介质的任务，运输系统一旦发生泄漏或破坏等事故，不仅影响正常生产秩序的进行、威胁工人的生命安全而且必将给国家经济和国民生活带来巨大的损失口J。1989年前苏联～条输气管道爆炸，死亡300余人，重伤800余人，是迄今为止最大的一次管道断裂事故。据统计，美国1970-1975年间运行的管道共发生过2549次事故，其中断裂事故约占1／3。研究表明，压力管道作为一种典型的焊接结构，由于其所经历的焊接过程，焊接接头往往发生组织性能的劣化并存在各种缺陷。在焊接缺陷处存在的应力集 天津大学硕士学位论文中使缺陷处往往成为裂纹的源头。当结构受到的外界负载较大或者材料的韧性不足时，往往会导致裂纹的失稳扩展，从而使管道从接头处发生断裂，造成突发性甚至灾难性的事故。例如：在IIW早期对脆性破坏事故的调查中发现，在60起脆性破坏事故中，有9起是由于焊接缺陷直接引起的，而在美国对二次世界大战中船舶断裂事故表明：40％的事故都与焊接缺陷有关。在焊接结构发展的早期，人们要求结构中不能存在任何缺陷，来防止失效以避免事故的发生。但随着生产和科研的深入，人们发现这种方法具有很大的局限性。例如，原英国焊接研究所所长Edger．Fuchs在实验中发现：铝合金焊接接头中的大量气孔对接头强度无任何影响，而返修却会造成接头使用性能的下降。大量的工程实践也表明：焊接结构中的缺陷并不都会影响结构的使用，不加区分地对其进行修复，不仅在经济上增加生产的成本，而且不恰当的修复会进一步带来冶金上的损害使材质性能下降乃至产生新的缺陷“j1。基于以上认识，英国焊接研究所首先提出了“合于使用”的概念，并在其基础上发展为“合于使用”的原则。“合于使用”原则以断裂力学、材料力学、弹塑性力学及可靠性系统工程为基础，在焊接结构中可能存在构件形状、材料性能偏差和缺陷的前提下，通过应力分析、断裂力学、材料试验、质量检查、无损探伤等科学分析，保证结构在服役期间不发生任何已知机制如脆性破坏、疲劳失效、应力腐蚀的失效事故。该原则为焊接结构的设计、制造和安全使用提供了重要的依据和强有力的手段。显然这一原则的基础是理论分析和试验测试的方法，它取代了“完美无缺”的经验方法砸一1，在保证评定结构安全运行的前提下还将经济性纳入考虑的范畴。以“合于使用”的思想为原则，1980年英国标准协会首次起草了PD6493《焊接结构缺陷验收评定方法指南》，后来于1991年对PD6493进行进一步的修订。近年来，随着工程评定领域的发展，英国标准协会制定的BS7910《焊接结构中缺陷的可接受性评定方法》逐渐取代了PD6493，并正式的上升为英国的国家标准。1996年欧洲委员会(EuropeanCommission)为了建立一个统一的欧洲实施合于使用评定标准，发动组织了一个研究计划，有9个国家的17个组织参加，于1999年完成了“欧洲工业结构完整性评定方法”，简称SINTAP(结构完整性评定方法)哺1，这些标准都在国际上也得到广泛的承认和使用旧1。1．2断裂力学评定方法的发展断裂力学是固体力学与材料科学结合而形成的一门科学，作为一门独立的工程学科，它起源于1948年Irw经典性论文“FractureDynamics”的发表。断裂力学的基本思想是从构件存在宏观裂纹这一点出发，利用线弹性和弹塑性力学的分2 天津大学硕士学位论文析方法，对构件中裂纹问题进行理论分析和实验研究，从而对含裂纹构件的安全性和寿命给出定量和半定量的估算Ⅲ。断裂力学的快速发展为含缺陷结构的安全评定奠定了理论基础，产生了诸如COD曲线、R6和EPRI失敷评定图等以“合乎使用"为原则的断裂评定规规范，标志着缺陷评定技术的有力进展n们。1．2．1采用K准则的缺陷评定方法采用K准则的缺陷评定方法是以K准则为基础，将缺陷处的应力强度因子K，与断裂韧度K旷相比较，若K，>K，r则裂纹起裂扩展，反之则为安全。这种方法是建立在线弹性断裂力学基础上，只适用于裂纹在启裂扩展前，在裂尖只有很小的塑性区的情形。在实际情况中，只有在高强钢厚壁容器或低温的条件下才可能出现。但对焊接结构中大量采用的中低强度钢而言，线弹性断裂的情形并不多见，这就限制了K准则的有效应用。1．2．2采用COD准则的缺陷评定方法采用COD准则的缺陷评定方法是以COD参量为基础，将缺陷处的裂纹张开位移万，和万。。相比较，若万。>万，。裂纹要起裂扩展，反之则为安全。国际焊接学会(IIW)于1975年提出的“按脆性失效观点评定焊接缺陷危害性的建议方法”是较早采用COD准则进行评定的规范。这个规范的特点是采用曲线的形式，即著名的COD设计曲线方法。该曲线的横坐标为e／ev，纵坐标为占／2ae，，a，分别为无量纲化的应变和裂纹张开位移。评定时，计算出评定点的坐标，若评定点位于设计曲线之下为安全，位于设计曲线之上则为失效。评定曲线在设计的时候就已经包含了安全系数。曲线前半部分的安全系数为2，后半部分的为2．5。‘该曲线是一条以实验为基础的半经验设计曲线，在一定程度上能够反映实际情况，因此在一些国家(比如英国)和组织(如国际焊接学会IIW)曾经得到过广泛的应用，尤其在防止焊接结构因缺陷引起脆断的问题上发挥了较大的作用。但由于COD理论固有的弱点，COD参量并不能直接精确的表征裂纹尖端的弹塑性应变场，作为一种半经验的方法在应用过程中也存在不符合实际情况的地方。因此要精确的评定焊接缺陷，这种方法还存在不足的地方n01。1．2．3采用J准则和失效评定图(FAD)技术的评定方法随着断裂力学的发展和计算机技术的日益成熟，根据J积分断裂参量而产生的计算方法，无论是在理论上还是在实验研究中都被广泛采用。以脆断为失效准3 天津大学硕士学位论文则和以COD为断裂参量的评定准则，已逐渐被以J积分为断裂参量的弹塑性断裂评定规程所取代。-，积分是一个定义明确，理论严密的参量，能准确的描述裂纹尖端的弹塑性应力应变场的情况，因此采用J积分参量的评定方法与K参量和COD参量的评定方法有不可比拟的优越性⋯1。1981年Turner最早提出了J积分设计曲线，1985年英国焊接协会以报告的形式发表了“以COD准则为基础的弹塑性断裂评定方法，在该方法的高级评定中已将，积分公式考虑进去。采用‘厂准则和失效评定图FAD(failureassessmentdiagram)技术的评定方法中最典型的代表是英国中央电力局CEGB的R／H／R6“含缺陷结构完整性评定方法”。FAD的概念最早也是由英国中央电力局提出，并于1976年提出了R／H／R6标准(简称R6准则)，1986年又公布了该标准的第三版，对旧R6标准做了彻底修改。即英国CEGB新R6标准代表了FAD技术的发展。此外ASME《锅炉压力容器规范》第Ⅺ卷中的IWB一3650及附录C《奥氏体管道缺陷评定准则》和IWB一3650及附录Z《铁素体管道缺陷评定准则》中都是以-厂积分为判据来评定管道的安全性能。总之，国际上对裂纹类缺陷的评定方法经过近30年的发展，已经从线弹性断裂理论的评定方法(如美国ASME规范n21)、COD设计曲线法(如我国的CVDA一1984)，发展到先进的基于，积分理论的失效评定图(FAD)技术的评定方法(如英国中央电力局CEGB新R6标准)。对这类缺陷，目前国际上普遍采用FAD技术进行安全性评价。FAD提供了一种方便的评价结构由脆断至塑性失稳(崩溃)整个范围的失效风险评定方法。失效评定图的Y轴(K，轴)代表结构对脆性断裂的阻力，而X轴(￡，轴)代表结构对塑性失稳的阻力。失效评定曲线(FAC)插在这两个极限失效模式之间。典型失效评定图如图1一l所示，由失效评定曲线和L，=严的竖线构成。在计算评定点的坐标时，对所考虑的实际几何条件，需要恰当的应力强度因子和极限载荷(塑性失稳)解，而且需要知道材料的拉伸性能和断裂韧性。评定点的Y坐标由施加的裂纹驱动力(用应力强度因子计算)K，除以材料的断裂韧性K，r得到，即Kr=K，IK，c。X坐标由施加的载荷尸除以造成塑性失稳的载荷只(由裂纹几何的弹塑性解计算)来确定，即Lr=P1只。4 天津大学硕士学位论文当采用失效评定图对结构进行完整性评定时，可将评定点描于FAD图上。每一个评定点的位置是施加载荷条件、缺陷尺寸、材料性能的函数。如果评定点位于由失效评定的坐标轴和失效评定曲线所构成的区域，认为结构安全。反之，如果评定点落在失效评定曲线外侧，则结构可能不安全。图l一1失效评定图 天津大学硕士学位论文1．3国际通用的缺陷评定规范对于焊接结构存在的缺陷，并非全部都会导致结构断裂失效。因此，从安全性和经济性的角度考虑，需按某种标准评定其是否允许存在。目前国际上使用的评定标准分为两类：一类是以“控制质量"为基础的标准n∞：另一类是以“合于使用”为基础的控制标准。控制质量评定标准仅仅基于经验积累，要求结构的质量保持在某种水平之上，而未考虑缺陷的具体形态及对产品可靠性的影响，缺乏定量计算，往往造成不必要的经济损失。合于使用评定标准基于断裂力学的研究成果，定量计算缺陷对产品使用性能的影响，对焊接结构进行临界评定从而可以决定带缺陷结构的最大安全承载能力或给定荷载下的最大允许裂纹尺寸。合于使用标准比控制质量标准更加严密、科学。从70年代初开始，世界各国针对各种焊接结构的缺陷评定技术提出了一些工程评定方法和规范，这些方法和规范在不同发展时期基于不同的理论基础，评定的路线也各不相同。其中影响较大的评定规范如表1一l所示：表1．1结构完整性或适用性评价标准／规范n¨钉名称提出单位适用范围BSIPD6493—1980焊接接头验收水平推荐的若干方法指南英国标准学会主要为平面型缺陷弹塑性断裂力学分析的工程方美国电力研究院(EPRI)法-1981和通用电气公司(GE)裂纹型缺陷含缺陷核压力容器及管道的完整性评定方法-1982EPRI／GE裂纹型缺陷1iI『ES2805焊接接头中缺陷的脆断评价方法日本焊接工程学会标准平面型缺陷在用含缺陷压力容器安全评定中国特种设备检测研究·-——2004中心裂纹型缺陷形变塑性失效评价图-1985美国材料与试验学会裂纹型缺陷含缺陷结构的完整性评价一1988英国中央电力局(CEGB)平面型缺陷IIW焊接结构适用性评价指南-1990国际焊接学会主要为平面型缺陷SA／FoU—Report9I／01带裂纹瑞典裂纹型缺陷6 天津大学硕士学位论文构件安全评定规范手册BSIPD6493-1991焊接结构缺英国标准学会主要为平面型缺陷陷可接受性评价方法指南ASMEB31G-1991确定腐蚀管线剩余强度的手册美国机械工程师协会体积型缺陷焊接接头脆性破坏的评定中国机械电子工业部主要为平面型缺陷JB／T5104’’1991ASMESectionXI一1995核动力美国机械工程师协会裂纹型缺陷电站构件在役检测的规则船C—FFS一1995石油化工中的适美国材料性能委员会用性评价程序-1995(MPC)裂纹型+体积型缺陷1．4本文研究的内容和目的1996年欧洲委员会(EuropeanCommission)为了建立一个统一的欧洲实施合于使用评定标准，发动组织了一个研究计划，有9个国家的17个组织参加，于1999年完成了”欧洲工业结构完整性评定方法”，简称SINTAP(StructuralIntegrityAssessmentProcedure，已于2000年发表并已形成了一个未来欧洲统一标准的草稿。由于英国R6、PD6493、德国的CKSS及瑞典技术中心都是SINTAP研究的核心成员，SINTAP也是他们共同参与研究后形成的共识，鉴于SINTAP不久将要成为欧洲的统一标准n钔，R6及BSPD6493在它即将颁布新版前夕，对它们各自的修改稿又作了一次紧急修改。R6于2001年颁布了他的全新版(第4版；PD6493于2000年颁布了他的修订版，但代号已改为BS7910：199，取消了PD代号而正式列入正规的英国标准n引。SINTAP是对焊接结构进行“合于使用”评定的一种方法，涉及到脆断领域和塑性破坏，以及二者之间的相互作用n剐。这种方法能在设计阶段为新结构提供保证，在制造阶段为结构的完整性提供保证，在运作阶段为结构的整个寿命提供保证。如果正确应用，它能防止设计过量和不必要的检测，并且能为达到既安全又经济的平衡提供工具n引。中国海洋石油总公司渤海石油公司(COOEC)开发的旅顺至大连间海底石油传输管线，位于中国渤海湾，长度约为59．2公里，在管线的铺设中，从管道的焊接完成到管道的下铺入海的过程中，管道焊接接头中存在的焊接缺陷在较大的外界负载的作用下将可能产生失稳扩展，不仅对管道的后续使用产生隐患，而且甚至可能会发生管道的断裂。7 天津大学硕士学位论文本文研究了X56海底管线钢的断裂性能，同时根据断裂韧度试验得到低温(-5℃)下焊接接头不同部位的断裂韧度值，并应用有限元计算，依据SINTAP标准对该管道的安全性进行了评定。为此，主要做了以下几方面工作：(1)熟悉SINTAP安全评定方法，并与以前的方法相比较，总结出新的发展特点。了解J积分的方法，确定本论文评定方法。(2)通过对X56海底管线钢进行拉伸力学性能试验，测定焊缝金属和母材的屈服强度和抗拉强度，并利用测得的拉伸数据作出对应的应力一应变关系曲线及真应力一应变关系曲线。(3)通过脓分试验，对旅大项目中所用的X56输油管道的焊接接头以，一尺阻力曲线的形式测定焊缝和热影响区的断裂韧度。准备用于做出安全评定的C卯图。(4)通过有限元软件ANSYS模拟含表面裂纹的海底油气管道模型及受力后的变形过程，并计算裂纹尖端的三维‘，积分值，从而画出用于安全评定的CDF图，对铺设过程中含表面裂纹的X56海底油气管道进行安全评定。(5)学习计算机编程语言VB，用VB编程，把上述评定方法程序化，从而有利于人们简洁直观的使用此评定方法。 天津大学硕士学位论文第二章基于SINTAP准则的J判据方法本文主要以欧共体提出的SINTAP标准为基础，以J积分做判据，应用有限元的方法，对管道进行安全评定，本章主要介绍以SINTAP标准为基础建立起来的以J做判据的评定方法。2．1SINTAP标准1996年欧洲委员会(EuropeanCommission)为了建立一个统一的欧洲实施合于使用评定标准，发动组织了一个研究计划，有9个国家的17个组织参加，于1999年完成了“欧洲工业结构完整任评定方法”，简称SINTAP(结构完整性评定方法)啪1，包括失效评定图FAD(FailureAssessmentDiagram)·和裂纹推动力CDF(CrackDrivingForce)两类分析方法。2．1．1分析等级的划分SINTAP标准共有3个标准等级，3个高级等级。每一个等级都比前一个等级的保守性低，这种结构意味着在一个等级中不能被接受的结果在更高的等级中可能变成可以接受的。SINTAP程序中每个等级的选择如表2—1所示。表2—1根据拉伸数据选择分析等级＆妇9 天津大学硕士学位论文第1级(基础)：仅仅需要知道材料的断裂韧度、屈服强度和最终抗拉强度。函数，㈦包含从R6和ETM中得到的信息，并作了简单的修改来保证凡幻和CDF评定方法的一致性，同时为有和没有LUders平台的材料提供了不同系列的评定方程。第2级(匹配)：该等级针对第一级中的不均匀材料，如焊缝强度不匹配焊件。它是以R6和ETM-MM为基础的。第3级(全应力一应变关系)：该先进的标准等级等同于R6的选择2，该等级需要材料的韧度数据和全应力一应变关系曲线。它是以ETM—MM和R6为基础的。第4级(constraintlevel)：本级别的评定是根据裂尖拘束度的具体情况估算材料实际断裂韧度来进行评定。按断裂韧度标准测试方法测试试件必须要有足够尺寸以保证获得最低的平面应变断裂韧度值幢纠，而实际工程构件缺陷往往是很浅的，只有较低的拘束度，显然如能按实际拘束度的断裂韧度来进行评定可以降低评定的过保守度，但是要求有附加的测试数据。第5级(J-integralanalysiS)：要求已知材料应力应变关系曲线以计算，积分心3·24】，可以是没有焊缝的结构，也可以是不匹配焊缝(这时要求焊缝及母材的应力应变关系都已知)，实际上就是严格有限元计算解。实际上第5级只被用来作为验证各低级方法的工具，并不是适用于工程评定的方法。严格的有限元计算，积分已为大家熟知，SINTAP也没有作详细介绍。本文主要研究第五级的／积分计算及其对应的高级评定。对应的评定方程为：K；I、J／J)_n夸妥≮L?l=(R，+R0／2R,forO≤厶≤Z，(2一1)(2-2)10 天津大学硕士学位论文足为屈服强度，尼为抗拉强度。第6级(LBB)：部分穿透的表面裂纹可能继续扩展通过剩余韧带变成穿透裂纹引起泄漏，但仍然可能处于稳定状态，这就是三胎状态。SINTAP提供了一个新的估算裂纹扩展过程中缺陷形状变化的估算方法。由于穿透前或穿透后裂纹会不会撕裂失稳的评定过程和R6第3版相同，不过是根据具体情况选用前面几级中的某一失效评定曲线进行评定，因此这里也不再作详细介绍了。2．1．2F：AD图和CDF图SINTAP标准包括FAD图和CDF图两种评定方法。这两种方法的基础都是只要结构承受的载荷不超过断裂力学标准和塑性极限分析定义的最大载荷，就可以避免失效。断裂力学分析包括具有止裂性能的裂纹尖端的载荷的对比。在大部分情况下裂纹尖端的载荷必须用弹塑性概念估计，并依靠结构形式，裂纹的尺寸和形状，材料的拉伸性能和载荷。在FAD方法中，裂纹尖端驱动力和材料的断裂韧度进行对比，同时，施加的载荷和极限塑性载荷进行对比。在C叩方法中，画出裂纹驱动力，并直接和材料的断裂韧度对比。尉D和CDF两种方法都是以弹塑性为基础，通过用弹性参量可以简化它们的应用曙副；2．1．2．1FAD图评定方法根据两个参量K，和t定义失效评定图FAD。这两个参量可以用好几种方法定义，如下所示：墨：施加的线弹性应力强度因子巧和材料的断裂韧度K。。，的比率。L：施加的应力和含裂纹结构的塑性屈服应力之间的比率。SINTAP方法的标准等级仅只依靠材料的拉伸性能通过公式2—3：K，=／(4)(2—3)并包括截止线方程L=矿。用FAD方法时，必须计算出在一定载荷条件下，一个或一系列评估点的横、纵坐标饵，E}，然后在FAD图中与失效评定曲线进行对比。如果评定点落在失效评定曲线上或其包围的范围内，则缺陷就是可以接受的，否则，缺陷不可接受。具体示例如图2—1所示： 天津大学硕士学位论文0沪r，碍1n图2—1FAD评定曲线示例图2．1．2．2CDF图评定方法CDF方法需要计算裂纹结构的裂纹尖端的驱动力作为L的函数。裂纹尖端驱动力可以，的形式计算，如公式(2-4)，或者以裂纹张开位移的形式计算，如公式(2—5)。‘，=以[厂(‘)】。2(2—4)万=8e[f(Lr)]-2(2—5)其中五=砰／E’E’是杨氏模量：睡=砰／E’也冠是材料的塑性屈服强度。用CDF方法时，对基本的分析，当t≤尹时，用0的函数画出CDF图，在CDF值等于材料的断裂韧度处画出～条横线，这条横线与CDF曲线相交处定义了工，的极限情况。根据评定时的载荷条件下计算的‘值画出一条竖线。通过和极限情况的对比，这条竖线和CDF曲线的交点定义了评估情况。具体示例如图2—2所示。 天津大学硕士学位论文，．、3‰QU⋯胁一／厂j／r必／／L舡)Lr(B)I，“C)2．1．3特点LFF／Fy图2—2CDF评定曲线示意图SINTAP是建立在输入数据质量基础上的分级结构：最复杂、最准确的等级需要相应高质量的输入数据。反过来说，仅有基本参量虽然仍然能够进行评定，但是它会被高度的保守性所影响陋剐。因此，SINTAP方法主要是通过提高数据质量来降低保守性。其主要特点如下所述：(1)评定根据拉伸数据进行，因而当缺少详细的应力应变数据时，SINTAP通过大量钢材性能研究提供了材料应变硬化性能、屈强比及屈服平台(Ltlders应变)的估算方法。这些方法可用改进式厂(上，)来降低评定过保守度。(2)考虑试样数目而对韧度数据进行统计处理，在大量断裂韧度测试的统计处理后，近一步发展了ASTME1921—97的所谓Master曲线，SINTAP提出了由么厝r估算铁素体钢解理断裂区断裂韧度下限值的方法。这一方法也已被R6第4版及BS7910所采用。虽然大量数据研究表明么ry和启裂断裂韧度，，c之间不存在明确的简单的数学关系，但鉴于实际工程评定中一般都不可能取样测得材料的断裂韧 天津大学硕士学位论文度，下限值的估算还是很有实际意义的，但应该认识到估算的断裂韧度值可能十分保守，有时甚至只有实际值的五分之一左右。SINTAP的方法值得我们进一步工作的关注。(3)二次应力的处理中不仅采用了R6的新p因子法，同时还给出了另外一种选择性的新方法，二次应力的影响用y因子表示，V>l，对应于由于二次应力超过弹性估计值而导致塑性情况下，积分值的变化。反过来，V