工业管道在石油、化工、核电等行业都发挥着举足轻重的作用,复杂、恶劣的工作环境和载荷情况造成的各种缺陷是工业管道断裂事故频发的主要根源,定期对含缺陷工业管道进行断裂力学评定成为有效避免灾难事故发生的重要途径。弹塑性断裂力学的发展为含缺陷工业管道断裂力学评定提供了可能,而在评定过程中如何处理各种载荷的相互影响正越来越受到研究人员的关注,但是目前该问题并未得到妥善解决。此外,断裂力学评定对于评定人员近乎苛刻的高要求阻碍了其在实际工业中的推广运用,而且断裂力学评定方法对于重要工业设备的适用性也有待更多的验证性研究。本文将主要针对以上的这些问题,基于有限元数值模拟和理论计算相结合的方法,开展含缺陷工业管道的断裂力学评定研究,鉴于不锈钢钎焊管道在航空发动机、核工业中的重要作用,对其进行相关的断裂力学研究。主要研究内容与结论如下:(1)提出了一种基于TES和局部塑性垮塌相结合以确定含缺陷结构塑性极限载荷的有限元方法;采用轴对称模型和三维模型研究了含整周环向内表面裂纹和轴向内表面半椭圆裂纹管道的塑性极限内压,借助现有公式解验证了本文方法的正确性,对比分析表明本文的结果更为科学可靠。(2)基于ABAQUS软件,建立三维有限元模型和轴对称模型,精确计算了各种不同载荷条件下的J积分,得到了新的弹塑性相互影响因子g()关于载荷比Lr的关系式;计算结果表明,在不同的二次应力水平下,轴对称模型计算得到的g()和三维模型计算得到的g()在不同载荷比条件下上限值基本相等,但是三维模型在β值较大而载荷比Lr较小时得到的g()较小。分析了不同的材料应变硬化指数对g()的影响,所有曲线在Lr≈1.0时交于同一个点,这和R6失效评定曲线具有相同的特征,在这个一次应力水平下,各种应变强化指数下的g()相等;当Lr较大时,g()呈现快速下降的趋势;当Lr>1.0时,n越大,g()越小;反之,当Lr≤1.0时,n越大,g()越大。(3)借助有限元方法,模拟得到了不同钎缝厚度的管道在升温再降温和直接降温两种过程中产生的钎焊残余应力分布,讨论分析了钎缝厚度对钎焊残余应力的影响以及不同方向上的残余应力分布规律;推导了沿壁厚任意应力分布下的含环向穿透裂纹管道的应力强度因子计算公式;采用API 579方法和权函数法计算了仅钎焊残余应力存在时的应力强度因子;采用R6通用失效评定图Option 1、Option2和本文的g()因子法计算了钎焊残余应力+内压作用同时存在时的应力强度因子,结果表明R6方法在处理一次二次应力弹塑性相互影响时,忽略了高一次应力水平时残余应力释放对结构安全性的影响,相对本文方法更为保守。(4)编制了“含缺陷工业管道断裂力学评定软件”,借助有资质评价机构的评价报告,验证了该软件的可靠性,以期为含缺陷工业管道断裂力学评定方法的工程实际推广发挥作用。本文的主要创新点有:(1)提出了一种基于TES和局部塑性垮塌相结合的确定结构塑性极限载荷的有限元方法;(2)建立了表征承压设备一次应力二次应力相互影响的g()因子表达式;(3)推导了环向穿透裂纹管道应力强度因子权函数解;(4)编写了方便实用的“含缺陷工业管道断裂力学评定软件”。