脆性破壞缺陷引起的脆性破壞

金屬材料以及壓力管道的脆性破壞并不一定都由低溫脆性引起、實(shí)際上，脆性破壞是事故材料的缺陷主要原因，而其中尤以裂紋性缺陷引起的事故所占的比例最高。金屬管道在焊接時(shí)不可避免地帶來許多缺陷，包括夾渣、氣孔、未焊透及裂紋。裂紋是一種平面型的缺陷，因而是一種最危險(xiǎn)的缺陷。裂紋的尖端存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中，而且往往與最大主應(yīng)力相垂直，因此最容易引起低應(yīng)力脆性破壞。

鋼鐵材料在低溫沖擊韌性顯著降低。從大量的沖擊試驗(yàn)表明，溫度低時(shí)鋼時(shí)缺口的敏感性增大，這種現(xiàn)象稱為鋼的冷脆性。鋼的冷脆性表明在溫度變低時(shí)鋼會(huì)由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變成脆性狀態(tài)。因此要防止鋼的脆性破壞首先要掌握所使用的鋼是在什么溫度下鋼韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的，這個(gè)溫度叫做冷脆轉(zhuǎn)變溫度。冷脆轉(zhuǎn)變溫度可以通過試樣的沖擊試驗(yàn)來評(píng)定，但是因?yàn)樵u(píng)價(jià)的方法、標(biāo)準(zhǔn)不同而結(jié)論各異，往往僅能定出一個(gè)溫度轉(zhuǎn)變區(qū)間。

除低溫冷脆轉(zhuǎn)變引起的脆性破壞外，還有因焊接導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)材料脆化而引起的脆性斷裂縫如焊條或焊絲的含碳量偏高或其他合金元素的碳當(dāng)量偏高，便會(huì)引起焊接過程的淬硬傾向，使焊接接頭區(qū)域材料硬化。如果含硫、磷量偏高時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致焊縫的脆化，焊接過程本身相當(dāng)于一個(gè)冶金過程，其熱影響區(qū)相當(dāng)于經(jīng)受不同加熱與冷卻條件的熱處理區(qū)。

1．無明顯的塑性變形

2．材料脆化而破壞的斷口特征

3．因缺陷造成的脆斷斷口特征

4．破壞時(shí)的應(yīng)力較低

因缺陷特別是裂紋引起的脆斷管道，斷裂時(shí)的薄膜心力都較低，一般不超過屈服強(qiáng)度，因此不會(huì)造成明顯的塑性變形。同時(shí)，這種破壞可以在正常的操作壓力或水壓試驗(yàn)的壓力下發(fā)生。

1．加強(qiáng)對(duì)管道的檢驗(yàn)

2．消除焊接殘余應(yīng)力

3．確保材料的韌性

4．避免應(yīng)力集中 2100433B

巖體脆性破壞是導(dǎo)致眾多工程事故和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的重要原因。當(dāng)前研究，關(guān)于巖石累進(jìn)性動(dòng)態(tài)破壞過程是仍有待突破的重要問題。本報(bào)告基于應(yīng)變、應(yīng)力、聲發(fā)射、視電阻率、波速等多物理場測試，提出了反映不同應(yīng)力水平下的巖石累進(jìn)性破壞機(jī)制，闡明了脆性破壞過程中荷載、變形與多物理場參數(shù)等的關(guān)聯(lián)信息，巖石脆性變形破壞過程中多物理場的時(shí)空特征變化，提出巖石脆性破壞臨界信息的識(shí)別方法。 巖石脆性破壞過程可視為逾滲相變過程，假定巖體細(xì)觀微元體強(qiáng)度服從Weibull分布，基于系統(tǒng)在逾滲閾值處有尺度不變的性質(zhì)，建立了巖石破壞二維和三維重正化群模型，并計(jì)算了系統(tǒng)相應(yīng)的逾滲閾值，研究了巖體脆性破壞在逾滲閾值附近的臨界特性：當(dāng)破裂概率遠(yuǎn)離臨界概率 時(shí)，各破裂集團(tuán)短程關(guān)聯(lián)，此時(shí)系統(tǒng)破裂是局部的；在臨界點(diǎn)附近，巖石系統(tǒng)中各破裂單元之間的關(guān)聯(lián)長度驟然增加，致使各破裂單元之間出現(xiàn)協(xié)同作用，宏觀表現(xiàn)為原有隨機(jī)、無序分布的破裂逐漸向未來破裂面集中。 巖石脆性破壞導(dǎo)致的各種現(xiàn)象可以分為兩類：①與物理力學(xué)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征改變有關(guān)，表現(xiàn)為巖石本身變得破碎，承載力降低，變形速率增大，模量變小，滲透率增大，波速參數(shù)與電阻率值突變；②與能量釋放及物理場參數(shù)變化有關(guān)，體現(xiàn)在聲發(fā)射信號(hào)激增，電磁輻射強(qiáng)度增加，紅外輻射加大。試驗(yàn)和理論分析表明：巖石破裂前臨界特征點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力和巖石峰值應(yīng)力比值約在70%~80%之間。本文通過分析得出，巖石脆性破壞的各種信息與巖石微破裂發(fā)展存在特定的關(guān)聯(lián)性，利用綜合信息源可以很好的進(jìn)行脆性破壞臨界點(diǎn)的識(shí)別。 2100433B

巖石脆性破壞失穩(wěn)會(huì)帶來地震、崩塌、巖爆、滑坡、煤礦突水以及地表塌陷地質(zhì)災(zāi)害與工程問題等，造成慘重的損失。當(dāng)前研究中，限于地質(zhì)體固有屬性和力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性，使得巖石脆性破壞導(dǎo)致的災(zāi)害的預(yù)測是非常困難。本項(xiàng)目先采用試驗(yàn)對(duì)不同含水量的花崗巖和灰?guī)r進(jìn)行不同加載速率和圍壓的單軸/三軸加載試驗(yàn)，并進(jìn)行應(yīng)變、應(yīng)力、聲發(fā)射、視電阻率、波速等物理量的同步測試；針對(duì)同組試樣控制不同加載應(yīng)力水平，進(jìn)行壓汞試驗(yàn)和掃描電鏡分析巖石微裂隙發(fā)育規(guī)律，探索含水量、加載速率和圍壓效應(yīng)對(duì)巖石脆性破壞過程和膨脹點(diǎn)位置的影響及聲發(fā)射、視電阻率等物理信息的變化規(guī)律；同時(shí)利用二維與三維重整化群理論研究巖石脆性破壞過程中臨界破壞概率及膨脹點(diǎn)與脆性破壞前兆信息的關(guān)聯(lián)性，并開發(fā)相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算程序，尋找?guī)r石脆性破壞臨界識(shí)別因子，提出巖石脆性破壞的前兆信息識(shí)別方法。

鋼結(jié)構(gòu)的低溫脆性破壞是鋼結(jié)構(gòu)各種破壞形式中較為危險(xiǎn)且研究較少的一種。本項(xiàng)目研究鋼材及其結(jié)構(gòu)在低溫下的物理和機(jī)械力學(xué)性能及脆性破壞機(jī)理，運(yùn)用經(jīng)典和斷裂力學(xué)評(píng)價(jià)低溫冷脆主要不得影響因素，提出低溫冷脆的臨界溫度和破壞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。研究成果對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的修訂、鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)和工程事故分析具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。 2100433B