内压条件下轴向内表面裂纹管道蠕变断裂参量C*的工程估算方法

刘长军，蔡 君，孙春燕，谈建平，邵雪娇

(1.华东理工大学机械与动力工程学院，承压系统与安全教育部重点实验室，上海 200237；2.中国核动力研究设计院，核反应堆系统设计技术重点实验室，成都 610213)

0 引 言

为描述含缺陷构件的蠕变裂纹扩展性能，学者们提出了多种蠕变断裂参量，其中参量C*与蠕变裂纹扩展速率的关联效果最好，使用最广泛[1]，并且已被多种标准和规范采纳[2]。目前，计算C*参量的方法主要包括有限元法、实验室半经验法，以及工程上应用的参考应力法和类比美国电力研究协会(EPRI)J积分工程估算法的C*估算法。其中：有限元法的计算准确度较好，但标准化难度大，对使用人员要求高，耗时长，因此其工程应用受限；实验室半经验法在计算C*参量时需要测定加载位移(或裂纹张开位移)，而工程构件获取该参数的难度大，因此其工程应用受限；参考应力法虽然是工程上普遍采用的计算方法，但是其计算精度与极限载荷的确定相关，通常计算结果比有限元结果高2～3倍及以上，有时也会出现低估的情况[3-5]。鉴于材料的稳态蠕变本构与塑性本构关系具有类比性，LANDES等[6]将弹塑性断裂参量J积分类比至大范围蠕变条件下的蠕变断裂参量C*来表征稳态蠕变裂纹扩展行为。因此，同样可类比推导EPRI-J积分估算方法得到C*估算法[7-11]。该C*估算法并非由EPRI直接提出，但为了便于文中讨论，将其简称为EPRI-C*估算法。EPRI-C*估算法一般根据裂纹尺寸a/t、a/c，管道尺寸Ri/t(a，c，t分别为裂纹深度、裂纹半长和管道壁厚，2Ri为管道内径)和蠕变指数n，查询EPRI手册得到对应的J积分全塑性解h1(简称塑性解h1)，将h1值代入方程计算得到C*值；……