基于扩展的NSC准则的含未焊透缺陷工业管道安全评定方法研究

工业管道是国家重大工程建设中必不可少的关键特种设备，未焊透缺陷是其最常见的一种焊接缺陷，对其安全运行构成严重的威胁，目前国内外尚无科学合理的安全评定方法。本项目首先根据工业管道的实际承载特性，从仅适用于拉、弯组合载荷的净截面垮塌准则（NSC准则）着手，建立了基于内压、弯矩、扭矩组合载荷作用下的扩展的NSC准则，提出了基于扩展的NSC准则的压力管道塑性极限载荷理论分析方法。在综合考虑管道材料特性、管道结构特点、未焊透缺陷形状与分布特点、焊接材料匹配性等因素对塑性极限载荷影响的基础上，建立了含未焊透缺陷工业管道三维安全评定曲面及其安全评定方程，并进行了实验验证和工程典例考证，提出了完善的安全评定方法。本项目研究成果对于保证含未焊透缺陷工业管道的安全运行具有重要的理论意义和应用价值。

工业管道是国家重大工程建设中必不可少的关键特种设备，未焊透缺陷是其最常见的一种焊接缺陷，对其安全运行构成严重的威胁，目前国内外尚无科学合理的安全评定方法。鉴于上述背景，本项目根据工业管道的实际失效模式，从塑性极限载荷理论基础（NSC准则）、管道材料与结构特点、未焊透缺陷形状与分布特点、焊接材料匹配性等关键问题着手，对含未焊透缺陷压力管道安全性进行了系统的理论分析、数值模拟和试验研究。.取得的主要研究成果如下：（1）建立了基于内压/弯矩/扭矩组合载荷作用下的扩展的NSC准则，提出了基于扩展的NSC准则的含未焊透缺陷压力管道塑性极限载荷理论分析方法及其表达式；（2）建立了基于最小塑性失效载荷原则的压力管道未焊透缺陷规则化处理方法，得到不连续未焊透缺陷相互干涉效应的关联式及其工程简化处理方法；（3）获得了管道曲率（管径比）、未焊透缺陷环向长度和深度对塑性极限载荷的影响规律。拟合得到了含未焊透缺陷压力管道塑性极限内压、塑性极限弯矩、塑性极限扭矩的工程估算公式；（4）获得了焊接等效匹配系数对含未焊透缺陷压力管道安全评定曲线的影响规律，得到了等匹配和不等匹配下的安全评定曲线；（5）建立了基于内压/弯矩/扭矩组合载荷作用下的扩展的NSC准则为理论依据，综合考虑管道材料特性、管道结构特点、未焊透缺陷形状与分布特点、焊接材料匹配性等因素的含未焊透缺陷工业管道安全评定新方法。经两条典型含未焊透缺陷工业的现场考证，符合实际情况。.本项目研究成果为《压力管道定期检验规程》的修订提供了科学的理论依据，对于保证含未焊透缺陷工业管道的安全运行具有重要的理论意义和应用价值。