随着化工技术革新,聚乙烯(PE)管材的性能不断提高并适用于更严苛的工作环境,促使PE压力管道在给排水及天然气输送等实际工程中得以广泛的应用。PE压力管道的工况大多处于中等应力水平,其主导失效模式是准脆性失效,对应的失效机理是慢速裂纹扩展(SCG)。PE管材准脆性断裂力学行为的研究对确保PE压力管道的使用安全性具有重要意义。目前鲜有可靠的模型用以预测不同应力水平下PE压力管道的延迟失效规律与管道蠕变寿命,尤其是对非连续SCG的理论与数值模拟的研究还处于起步阶段。因此,关于非连续SCG过程数值模拟的研究具有重要的应用价值和科学意义。本文基于目前研究现状试图提出了一种改进的裂尖过程区模型,用于模拟PE管材的非连续型SCG过程,研究内容和主要结果概述如下:(1)提出了一种考虑银纹损伤的裂尖过程区模型用于模拟PE管材的非连续型SCG过程。该过程区模型考虑了PE管材裂尖应力集中所产生的银纹损伤,基于银纹本体材料界面活性层的微颈缩机理,提出界面活性层的应力均匀分布的假设,并采用线性裂纹扩展动力学方程。为表征PE管材断裂过程中的延迟特性,考虑银纹微纤的断裂表面能与时间呈指数衰减变化,断裂表面能的时间相关性主要与银纹微纤的蠕变损伤有关,并假设表征银纹微纤劣化速度的特征时间与裂尖应力强度因子呈线性关系。此外,通过将模型被分解为两个子系统,分别描述银纹区扩展和裂纹扩展过程,并基于Green公式,推导了裂尖过程区模型用以描述单边裂纹试样SCG过程的控制方程。(2)采用数值迭代的方法,实现对裂尖过程区模型控制方程的求解。详细介绍了数值迭代的算法流程,给出了迭代循环中微纤劣化经历时间的确定方法;利用自编程序将过程区模型用以描述PE管材PENT试样的SCG过程作为算例进行数值模拟,并对试验与模拟结果进行对比分析。结果表明,裂尖过程区模型的模拟结果与试验结果基本一致,这说明改进后的裂尖过程区模型可用于描述PE管材的非连续SCG行为。此外,关于断裂表面能与时间呈指数衰减变化、表征银纹微纤劣化速度的特征时间与应力强度因子呈线性关系的假设也得以验证。(3)研究了裂尖过程区模型中各个参数对SCG过程数值模拟结果的影响。结果表明,裂尖过程区模型模拟SCG过程的数值模拟结果基本满足Paris-Erdogan幂律关系,这进一步体现了该模型描述PE管材SCG过程的能力。