高压管汇疲劳裂纹的亚临界扩展
高压管汇
长期处于40 MPa~1 00 MPa之间的交变荷载的作用，一个不带裂纹或带有初始裂纹的构件在静力外载荷与裂纹组合所产生的应力强度因子K小于该物体的断裂韧度Kc时是不会破坏的，但是在多次交变荷载的作用下，裂纹就会缓慢地扩展，当裂纹由初始长度娜扩展到临界尺寸ac时就会发生失稳破坏，这就是所谓的疲劳破坏。而裂纹在交变应力的作用下，由a0到ac的这一扩展过程称为疲劳裂纹的亚临界扩展。
对交变载荷下裂纹扩展行为的研究对实际工程结构具有非常重要的意义。当一个工程结构中存在出使损伤时(内部缺陷、微裂纹或夹杂)，虽然开始使用时在工作载荷下并不会产生断裂。但是由于绝大多数工程结构在服役期间都要承受循环式交变载荷甚至冲击载荷，在这种载荷的作用下，结构中的初始损伤将会缓慢地增长。一旦外加载荷与裂纹长度的组合使得应力强度因子达到起临界值凡时结构就会失效，从初始裂纹扩展到临界裂纹长度，这一过程所经历的载荷循环次数，称为结构的疲劳扩展寿命。在断裂力学出现之前传统的疲劳设计是以光滑小试件得出的。这种传统的设计方法对于防止构件的疲劳破坏虽也作出过重大的贡献，然而由于它没有考虑到实际构件可能存在的缺陷，也没有反映裂纹的扩展规律。因而其结果有时不安全，有时则偏保守。因此应用断裂力学原理来研究疲劳裂纹的扩展规律，并在此基础上建立起疲劳设计的计算方法，是对传统疲劳分析方法的一个重要补充和发展。为了比较准确地预测疲劳裂纹扩展寿命，本文对裂纹在各种类型交变载荷的作用下的扩展规律进行研究。
裂纹在交变裁荷下的生成和扩展
金属材料的疲劳断裂过程是一个非常复杂的过程，对于大多数工程实际问题，包括高压管汇等构件作用的载荷和应力往往随时间交替变化，构件在这种交变载荷的作用下会产生疲劳破坏。一般情况下，疲劳裂纹在构件的表面上开始，然后逐渐扩展，直到其应力值达到临界应力时，发展为失稳扩展，最后突然断裂。
恒幅交变荷裁下裂坟扩展规律
首先研究所示的恒幅交变荷载下裂纹扩展规律。尽管这种疲劳形式在实际结构中是很少见的，但由于它容易在一般疲劳试验机上进行试验，而且通过对这类情况所得到的疲劳裂纹扩展规律，可以作为研究其他类型疲劳载荷下裂纹扩展行为的基础，所以大多数材料的疲劳裂纹及扩展的数据都是在疲劳载荷下得到的。
影响裂坟扩展速率的因素及裁荷间的相互作用
上面的讨论表明，裂纹尖端的应力强度因子幅度是决定裂纹扩展速度的主要参量。但还有其他各种因素对疲劳裂纹扩展速度发生影响，尽管这些因素与应力强度因子幅度的作用相比是次一等的单对于了解裂纹扩展规律，提高材料的抗疲劳断裂的能力是很重要的。下面介绍几种对裂纹扩展速度起影响的因素。
过载峰的影响
在某常应力幅度下的交变应力中出现过载峰值。它的影响会对随后的低应力幅度循环下的裂纹扩展速度产生延滞作用。经试验验证，裂纹扩展的延滞作用，取决于过载峰的大小，过载峰值越高，延滞作用越大。多次越载会引起附加的延滞。一个很高的过载有可能会使其后的低幅循环中裂纹扩展完全停止。
加载频率的影响
一般来说，加载频率愈小，裂纹扩展速度愈高;加载频率愈大;裂纹扩展速度愈低。在较低的范围内，频率的影响很小；在较高的范围内，频率的影响才比较显著。载荷间的相互作用。
恒幅疲劳载荷下裂纹扩展的行为。实际上工程结构中承受的多是变幅值的循环荷载。由于载荷谱中出现了各种不同幅值的荷载，那么，这些不同幅值的荷载之间存在一定的相互作用，对疲劳裂纹的扩展速率会产生一定的影响。大量的实验研究证明，在载荷谱中出现高幅值的荷载后。使随后的裂纹扩展速率降低，要经过一定循环后才会恢复到应有的扩展速率;而出现负的高幅值荷载后，又会使随后的裂纹扩展速率增高。因此，在研究裂纹扩展特性以及预测裂纹扩展寿命时，必须考虑载荷间的相互作用的影响。
首先，最简单的情况是:在恒幅循环载荷中加入一个高峰载荷的情况。此种高峰载荷称为“过载”。对于过载后裂纹扩展速率的变化特征：近二十年来进行了许多的研究工作。研究表明，每次过载之后，裂纹扩展速率都会明显降低。
关于过载引起的延滞效应，有以下结论：
1）过载产生的大塑性区内存在着残余应力，作用在裂纹前端的残余压应力与外加拉应力的综合作用，使得有效应力强度因子降低，从而降低了裂纹扩展速率。
2）在过载产生的塑性区内存在着残余压缩应变，当裂纹尖端进入塑性尾区时，残余变形使裂纹闭合。由于裂纹重新张开时所需应力大于循环载荷的最小应力。裂纹扩展速率变小。
3）过载引起裂纹尖端的钝化，使裂纹扩展速率降低。
4变交变毅荷下裂坟扩展规律
从过载峰对疲劳裂纹扩展的影响中可以推断，在变幅加载下。不同幅度的疲劳循环之间存在着相互的影响。若要考虑这种影响，疲劳裂纹扩展计算就变得非常复杂。工程中普遍采用的是Miner的线性累积损伤规则。即忽略不同幅度的疲劳循环之间的影响，分别独立计算各种幅度循环下的裂纹扩展量，然后按照线性叠加的原则求其总的扩展量。
对于变幅循环下的疲劳裂纹扩展问题，不论采用何种方法来进行分析，都需要对载荷有足够的了解。值得注意的是，在计算中不能把各种幅度的循环次序颠倒，也不能把被另一幅度的载荷分隔开的同一幅度的循环次数加。
此外，由于过载峰对疲劳裂纹扩展起延缓的作用，所以，按照Miner线性累积损伤规则计算所得的结果是偏于安全的。
高压管汇裂纹扩展寿命分析
当裂纹不会发生一次性断裂，但在交变荷载作用下，当应力幅大于一定值后，会使结构的微小初始裂纹(甚至初始无裂纹在交变载荷下也会产生裂纹)逐渐变大，直至破坏，这个过程就是裂纹扩展过程，该过程中交变载荷的循环次数就是裂纹扩展寿命。
结论与分析
经材料性能试验和上述的分析计算，对各典型构件的断裂安全性可以得到如下结论：
1）由于使用中载荷交变的次数相当低，应力值不高，所以不论是用疲劳理论或由裂纹扩展理论给出的分析结果都表明安全使用寿命皆大于20年。
2）大多数管件即使发生破坏也是先发生泄露，给出报警，这对安全是有利的。
3）建议每2一3年对管汇作一遍探伤，当发现有裂纹时应与表中给出的数值对照，如果裂纹处于安全状态，则构件仍可使用，但应注意观察裂纹的扩展变化，以便及时诊断问题，保证管汇安全可靠工作。
