● 摘要
对含缺陷压力管道的安全评估，一直以来是人们关注的重点。随着断裂力学的发展，国际上先后推出了多部关于含缺陷结构完整性评定的标准，其核心是采用以J积分理论为基础的失效评定图技术，来评估结构由脆性断裂至塑性失稳整个范围的失效风险。
针对某电厂三通角焊缝发现肩部和腹部裂纹，根据国际通用标准BS7910“金属结构中缺陷验收评定方法导则”，对其进行安全评估。断裂评定的关键是获得断裂参量—应力强度因子和塑性参量—极限载荷。运用断裂力学理论和弹塑性力学理论，采用三维有限元分析方法，研究含缺陷三通在内压和热载荷下的应力强度因子和塑性极限载荷。考虑到三通长期在高温高压下服役，承受着锅炉启停造成的疲劳裂纹扩展和高温下的蠕变裂纹扩展，还要对其寿命进行评估。
论文主要内容如下：
（1）针对电厂三通的使用背景，对比多部标准，选取BS7910为评估依据，确定所需材料参量和力学参量，整理基于参考应力法的失效评定曲线推导过程。
（2）确定求解应力强度因子和塑性极限载荷的有限元方法，建立直管轴向外表面椭圆裂纹的三维有限元模型，与其理论解对比，验证求解应力强度因子和极限载荷的精度。计算多个尺寸的三通肩部和腹部裂纹在内压和热载荷下的应力强度因子，统计整理成表格，便于工程应用。
（3）计算含缺陷三通在内压下的极限载荷，发现在内压情况下表面裂纹对三通的承载能力影响较小，即使裂纹深度达到壁厚一半即a/t=0.5，三通承载能力也只下降15%。
（4）针对一个具体含缺陷三通进行断裂评定，利用参考应力和蠕变断裂参量C*计算蠕变裂纹扩展速率，并进行寿命评估，给出关于材料性能参数影响寿命的敏感性分析。基于C#语言开发了简单的缺陷评估软件，便于对含缺陷结构进行快速评定。