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管道运输是我国油气运输的方式之一,管道作为该运输系统中最重要的部分,很大程度影响着运输的效率与安全,从近几十年发生的大型管道事故中发现,由裂纹引起管道的断裂是造成管道安全事故最常见、最主要的原因。在对裂纹的研究中,三维裂纹比较符合工程实际,并且斜裂纹是管道最为常见的一种裂纹形式,但现阶段对其研究比较少。因此,对管道三维斜裂纹的研究是十分必要的,这对工程实际相关问题的研究具有重要的意义。对含有三维非穿透性裂纹的管道而言,裂纹前缘周围的应力场比较复杂。本文通过有限单元法,利用ABAQUS和FRANC3D两种模拟软件,建立了含有三维椭圆型裂纹(纵向裂纹和斜裂纹)的管道模型,计算了裂纹前缘的应力强度因子,分析了几种主要因素对斜裂纹裂纹前缘最大应力强度因子的影响规律,并得到了一定径厚比下斜裂纹应力强度因子的计算公式和相应的断裂准则。此外,对比了内、外表面斜裂纹对管道安全性的影响。最后对含有三维纵向裂纹和斜裂纹的管道进行裂纹扩展模拟分析,得到相应的扩展规律。分析研究表明:采用ABAQUS和FRANC3D来建立管道三维椭圆型裂纹的方法具有一定的正确性和合理性;斜裂纹最大K_I值都具有随管道径厚比t/R增大而减小的趋势,减小趋势逐渐变缓,随裂纹长度2a、裂纹深度b的增大而增大,并且基本成线性关系,但裂纹长度2a对最大K_I值影响不是很明显,随裂纹倾斜角度?的增大而增大,增大趋势随着夹角的增加先增大后减小,在大约20°~80°区间范围内K_I值变化最为明显,在45°左右变化最快;当径厚比t/R确定时,斜裂纹K_I值的计算公式及相应的断裂准则就能确定下来;确定相同参数下,相对外表面斜裂纹来说,内表面裂纹前缘的最大K_I值较大,对管道的影响更为严重;斜裂纹扩展时沿着与原裂纹面成一定角度的方向进行扩展,在裂纹最深处,裂纹的扩展是稳定的,裂纹的K_I值增加量和扩展长度都达到最大,裂纹倾斜角度为70°左右时,裂纹两端处的扩展量达到最大。