海洋油气管道是石油和天然气的安全开采、生产和运输过程中的重要结构。随着油气开发逐渐走向深海,油气管道的服役环境变得更加严苛,且海洋油气管道一旦发生破坏,后果通常非常严重。因此在设计阶段保障油气管道的强度和安全性是十分重要的。由于油气类的APIX系列钢管属于韧性较高的材料,在油气管道的设计中,管道的塑性变形是允许发生的。为了准确的计算油气管道在大变形条件下的极限荷载,对其的韧性断裂行为研究是必不可少的一部分。本文针对API X80钢管,采用损伤力学模型对其的韧性断裂行为进行研究,主要研究内容如下:(1)首先概述了钢管韧性断裂的国内外研究现状,介绍了研究金属材料的断裂的两类理论:断裂力学理论和损伤力学理论。由于断裂力学理论不显式的考虑应力状态的影响,有一定的局限性,本文仅讨论损伤力学理论。本文主要介绍了损伤力学模型中的GTN微观断裂模型以及基于现象的非耦合断裂模型:MMC模型和ERT模型。(2)基于单轴拉伸试验对X 8 0管线钢的塑性性能进行标定。基于有限元—试验混合的标定方法对GTN、MMC、ERT模型的参数进行标定,首先进行了 5类不同的缺口试件拉伸试验,以获取X80管线钢在不同应力状态下的断裂性能,同时建立了相应的有限元模型。根据对GTN模型在不同参数下有限元模型与试验结果的对比情况,迭代得出了 GTN模型的9个参数;MMC和ERT模型的参数则是先通过无损伤有限元模型的模拟,提取出相应的应力状态历史曲线,将参数确定问题转化为一个3参数的无约束优化问题,采用拟牛顿法优化得到。(3)利用ABAQUS子程序VUMAT并采用后向欧拉算法,将MMC和ERT断裂本构模型加入到有限元模型中。根据标定得到的模型参数,结合单元删除技术,对5类缺口试验的韧性断裂进行模拟,初步验证了模型的可行性。通过断裂力学方法中常用的紧凑拉伸(CT)试验,对试件的整体相应情况和裂纹扩展情况进行分析,通过网格敏感性分析,确定了 GTN、MMC、ERT模型的最佳网格尺寸,并表明了其与传统断裂力学方法的联系。(4)基于GTN、MMC和ERT模型,选取含有轴向初始缺陷的21英寸X80钢管进行抗内压能力分析,结果表明三种模型的结果相似,采用损伤模型结合单元删除技术能模拟出管壁分离的失效过程。通过对ASME和DNV规范的研究,确定了两个影响爆破压力的主要因素:缺陷长度和缺陷深度。采用MMC模型对不同缺陷下的管道爆破压力进行分析,模拟结果与规范结果吻合良好。进一步的,采用MMC模型对不同轴向力、不同弯曲曲率对管道抗内压性能的影响进行研究。