现代天然气管道广泛应用高强韧性材料,进行高压、富气输送,管道断裂呈现明显延性特征.深入研究管道延性断裂行为、断裂能量及参量表征,进行起裂和止裂控制,是管道安全运行的有力保障.本文根据管道结构完整性评定对延性断裂参量与临界强度分析的需要,对管道延性断裂裂尖张开角度(CTOA)和以临界CTOA为判据的管道临界强度进行了系统的数值模拟研究.应用断裂力学理论分析了管道中裂纹扩展速度和止裂基本原理,并对当前普遍采用的工程止裂控制模型进行了分析.针对现代天然气管道断裂时具有的较大塑性变形和延性断裂特征,重点研究了CTOA作为管道断裂表征参量的适用性和可行性,以临界CTOA为表征参量,研究了裂纹延性扩展时的能量变化规律,为管道延性断裂控制提供了理论和计算依据.深入研究了管道极限压力数值模型中韧带长度、检测单元长度、裂尖径缩、裂纹面压力、裂纹长度和壁厚单元划分数量对CTOA数值计算的影响,考察了不同模型参数条件下CTOA在管道壁厚方向的分布特征.研究了含单一轴向穿透裂纹管道在极限压力条件下裂纹面的张开行为和张开形状特征,建立了裂纹中心张开位移与管道性能、尺寸和裂纹长度之间的关系,为裂前泄漏分析提供了参考.依据有限元模拟结果,分别建立了不含缺陷、含单一轴向穿透裂纹、两等长及三等长裂纹时管道极限压力统计预测模型,比较分析了各模型的预测精度.研究了多等长轴向穿透裂纹共存条件下裂纹间相互作用规律及极限压力状态下裂纹合并、等效规律.研究结果对提高含穿透裂纹管道结构完整性评定精度具有重要的指导意义.