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管道是最经济环保的石油天然气运输方式,其所处环境较为恶劣,在铺设、安装以及服役过程中会产生1-3%的塑性应变。基于断裂力学的合于使用原则,应在确保结构安全服役的前提下,尽可能提高管线利用率,降低运营成本。为提高大变形管道断裂评估的准确性,本文结合实验、数值模拟和理论分析等手段,针对管线钢断裂韧性的测定和含裂纹管道裂纹扩展驱动力的计算两方面开展研究,并在此基础上介绍了基于简化参考应力法的断裂评估流程。断裂韧性对单边缺口拉伸试样的面外拘束(试样厚度)效应很敏感,随着试样厚度的增加,断裂韧性不断降低。研究发现,在试样尺寸为B/W=4时,断裂韧性达到下平台并基本保持不变。据此可在管线工程设计中,将B/W=4作为断裂韧性与单边缺口拉伸试样厚度无关的参考试样尺寸,而使用现行标准如DNV-RP-F108和BSI 8571等推荐的单边缺口拉伸试样尺寸测定的断裂韧性值需要进一步确认。单边缺口拉伸试样的裂纹尖端张开位移是拉伸位移与试样旋转共同作用的结果。在相同载荷水平下,随着试样厚度的增加,纵向应变峰值急速下降。高纵向应变区域由裂纹尖端迁移至距裂纹面一定距离的未开裂侧,试样旋转占据塑性变形的主导地位,裂纹尖端的塑性变形能力降低,导致了较低的断裂韧性值。伸张区宽度和钝化角随试样厚度的变化进一步证明了上述观点。基于修正的J-Q双参数理论和J-T_z双参数理论,将全局弯曲应力和试样厚度对单边缺口拉伸试样裂纹尖端应力场的影响纳入考虑,提出改进的J-Q_z-M拘束理论。裂纹尖端拘束度的数值计算结果表明,Q_z具有很好的载荷无关性和路径无关性,并对单边缺口拉伸试样的厚度变化很敏感,能够很好地表征单边缺口拉伸试样的面外拘束对断裂韧性的影响。为提高大变形管道裂纹扩展驱动力计算方法的准确性和简便性,提出简化的参考应力法,使用一个与裂纹尺寸和材料性能有关的无量纲函数λ,将参考应力直接与远端施加应力关联起来。随后基于详细的参数化分析,提出了λ的经验公式,并通过对比研究,验证了简化参考应力法的有效性。