基于CCUS 的CO2 管道延性斷裂機理及止裂控制研究進展*

0 前 言

在碳中和目標下， CO

捕集利用與封存（CCUS） 技術扮演著越來越重要的角色， 它不僅可以實現減少CO

排放的目標， 而且有助于我國可持續發展戰略的實現

。 依據達到碳中和目標所要實現的減排量和當前的技術發展潛力，CCUS 技術作為實現目標的一種戰略選擇， 需要在2050 年和2060 年分別實現7～15 億t 和12～20 億t 的CO

減排量

。 我國CCUS 技術起步較晚，目前整體仍處于工業示范階段， 但是該技術發展被給予高度的重視， 相關研發與應用力度不斷加大， 項目規模也在逐步擴大

。

出口導向主要指站內安裝的出口導向牌、出口資訊牌以及三維街區圖。主要用于告知地鐵站周邊500m范圍內的各個出口信息。

CO

管道輸送是實現CCUS 技術大力發展的關鍵環節， 對整個CCUS 的實施起著非常重要的作用

。 管道輸送超臨界/密相CO

是大規模運輸CO

最經濟、 可行的方法

。 但由于超臨界/密相比氣相、 液相具有更高的輸送壓力， 在泄漏等事故中容易造成較大的安全災害

。 同時，由于CO

管道在運行或安裝時可能存在第三方損傷、 管道缺陷、 焊接質量、 違規操作、 疲勞以及腐蝕等工程問題， 會造成初始裂紋的產生

。在管道內壓的作用影響下， 初始裂紋會發生起裂， 進而裂紋發生快速擴展， 使得CO

管道在高壓下發生泄漏或延性斷裂等嚴重事故

。

由于CO

具備較高的焦耳-湯姆遜系數

，管道泄漏處會產生較大的溫降， 進而導致管道韌性的急劇下降

。 CO

和天然氣等介質在管道輸送過程中具備不同的減壓波規律， 一方面，CO

的減壓波平臺在CO

相變產生的飽和蒸汽壓影響下逐步升高， 促使裂紋繼續擴展； 另一方面， 低溫環境更容易造成管道裂紋的擴展及斷裂

。 因此， 關于CO

管道發生延性斷裂后的止裂控制方法備受關注。

目前， 對基于CCUS 技術的CO

管道延性斷裂機理及控制研究方面， 綜述性文獻比較缺乏，本研究基于CCUS 技術， 結合國內外研究進展，對CO

管道泄漏和減壓過程中延性斷裂機理以及止裂控制進行總結， 并提出了該領域亟待解決的問題， 助力CCUS 技術大力發展， 確保CO

管道安全。

1 管道延性斷裂機理

法規和行業標準

要求CO

管道材料應具備預防脆性斷裂、 抗起裂和限制裂紋延性擴展的能力。 其中預防脆性斷裂是所有控制斷裂方案的基礎， 管道脆性斷裂的裂紋驅動力僅來源于管壁的彈性應變能， 斷裂過程中管道無明顯塑性形變， 當裂紋超過一定尺寸將快速擴展造成斷裂，只有在運行應力及材料特性不連續時斷裂才會停止

。 隨著冶金工藝的進步， CO

管道常用的碳鋼材料的韌脆轉變溫度已得到明顯降低， 有效抑制了裂紋脆性斷裂事故的發生， CO

管道事故多源于裂紋的延性擴展

。

目前， 經過眾多試驗研究和數值模擬， 形成了以下兩個通用判據來研究管道的延性斷裂機理。

（1） 能量判據。 Griffith

首先提出能量平衡理論， 該理論認為管道內能提供了裂紋延性擴展的驅動力， 該驅動力是作用在管壁裂紋單位尺寸上的力， 且管壁本身同時也具備可以抑制裂紋擴展的阻力。 當裂紋驅動力與該阻力相等時， 裂紋保持穩定擴展； 而當該阻力大于裂紋驅動力時， 裂紋擴展就會受到抑制， 管道就可以自行止裂。

（2） 速度判據。 基于Rudinger 等

的研究，在1960—1970 年期間， 美國天然氣協會的Battelle 實驗室以天然氣、 空氣和水作為介質對各種泄漏條件下的試驗進行了更詳細的研究。 通過對大量的試驗數據進行擬合， 得到更加高效可靠的減壓波速度計算模型。 Maxey

在Battelle 實驗室取得的管道延性斷裂試驗數據基礎上， 擬合出了斷裂擴展速度計算公式， 與減壓波速度計算公式構成Battelle 雙曲線法。 由于Battelle 雙曲線法忽視了管道泄漏時流體與管道之間的傳熱和流動摩擦因素， 只能定性地確定管道是否可以止裂，無法計算裂紋萌生到最終自行止裂所需時間和裂紋長度變化， 因此該判據存在一定的局限性

，但是它在目前的工程應用上仍然具有不可忽視的指導作用， 可以對管道設計進行有效評估， 保障管道的安全運行

。

針對管道延性斷裂機理可以通過不同的方法對其進行研究， 以往更多采用的是理論與試驗相結合的手段。 但是隨著近年來計算技術的快速崛起， 越來越多的研究人員開始采用數值模擬手段研究管道延性斷裂機理。 本節從理論及試驗、 數值模擬兩個研究方法出發， 對CO

管道延性斷裂機理研究進展進行綜述。

1.1 理論及試驗研究

Ahmad 等

在英國Spadeadam 實驗基地開展了一項關于CO

和富含CO

混合物的激波管試驗， 發現在管道斷裂泄漏時， CO

與天然氣等介質減壓規律不同， CO

相態和組分的不同對其在泄漏過程中的減壓波壓力平臺影響較大， 所以CO

輸送管道的建設不能完全采用天然氣管道的建設經驗。 越來越多的研究表明， 超臨界/密相CO

在減壓過程中表現出更高的延性斷裂傾向。

Davis 等

對DWTT 和全斷裂擴展試驗斷口的分離程度進行了測量和對比， 并用含有CO

/N

混合氣體的管道進行了兩次全尺寸爆破試驗。 結果表明， 在某些情況下， 落錘沖擊試驗與全尺寸試驗可以實現相同的試驗效果。 但由于兩者在試驗過程中采用的管材標準與當前標準存在差異，可能導致CO

輸送管道斷裂時管內減壓行為不完全一致。

Drescher 等

進行了基于均相流模型下的含N

的CO

管道減壓波測試試驗， 結果發現N

含量與溫降成正比關系， 溫降幅度隨著N

含量的增加越來越大， 極有可能使CO

管道產生延性斷裂。

Andrew 等

通過三次全尺寸斷裂試驗， 并將裂紋長度、 CO

濃度和初始狀態設為變量， 試驗表明， 初始裂紋長度是導致管道斷裂速度不同的主要因素， 同時也表明， 目前的雙曲線模型不適用于輸送液態或密相CO

或富含CO

混合物的管道， 測得的韌性與預測韌性的比率以及預測的止裂壓力與飽和壓力的比率為模型所需的額外經驗修正提供了充分的依據。

Jie 等

基 于ALE 方 法 和HEM 理 論， 通 過Fluent 軟件建立CFD 模型， 用于預測輸送含雜質密相CO

的管道破裂后的瞬態流動和管內介質的熱力學行為。 結果表明， 管壁摩擦、 傳熱、 不同的雜質以及狀態方程的選取對CO

減壓行為有著直接的影響。

Munkejord 等

基于HEM、 HRM 理論模型，分別對純CO

和含雜質CO

管道進行試驗分析，并將流體摩擦和傳熱考慮在內， 結果發現HRM模型測得的減壓波速度與預測值更加契合， 因此在建立理論模型時應當將影響因素綜合考慮在內， 以此來保證試驗結果的準確性。

2.2.2 管道中間插入壁厚增加管段

郭曉璐等

進行了CO

管道在不同輸送相態下的試驗， 以最大應力起裂標準為基礎， 采用不同等級管線鋼， 設置不同的安全系數， 利用速度判據對CO

管道延性斷裂過程中的減壓波速度和斷裂速度進行研究， 結果發現， 超臨界CO

的初始減壓波速度在三種相態中最小， 而對管道安全系數的要求最高。 當前國內外開展的全尺寸試驗以埋地管道為主， 然而管道斷裂速度及形態在不同的埋地條件下的系統研究較少， 埋地覆蓋物的不同及施工碰撞等因素對管壁產生的力都會對管道斷裂形態造成影響。

本調查共抓取到高職高專院校圖書館招聘信息66條，占抓取到的招聘信息總量的13．1%。高職高專院校圖書館招聘的自由度不如本科院校，以事業單位招聘為主。

結合目前開展的CO

管道的全尺寸試驗， 發現傳統適用于天然氣管道的Battelle 雙曲線法并不能完全適用于CO

管道的安全設計， 且針對相態、 掩埋條件等因素對管道裂紋形態和擴展規律等的影響研究仍處于起步階段， 因此仍需要通過不同規模的試驗對CO

管道的斷裂機理展開更加深入的研究。

1.2 數值模擬研究

由于全尺寸試驗準備周期較長、 成本高、 可重復性較低以及危險系數較高， 且全尺寸管道斷裂控制試驗場非常有限， 隨著數值計算技術的不斷進步， 越來越多的國內外學者開始通過數值模擬方式去研究CO

輸送管道的各種機理， 利用ANSYS、 ABAQUS 等分析軟件去解決相關問題，這種方式相比于試驗研究同樣具備一定的科學性和準確性。

任科

采用ANSYS 模擬軟件， 建立含裂紋超臨界CO

管道模型， 研究裂紋在溫度和管道內壓因素影響下的擴展規律。 模擬結果表明， 隨著溫度的降低和管道內壓的上升， 管道所受應力較為集中， 管道等效應變和總變形明顯增大， 管道裂紋在該工況下更易發生擴展甚至斷裂。

寶寶總是率性而為，想怎么做就怎么做。那么，面對一些生活常規的事，寶寶不愿意去做時，你該怎么辦？例如：該吃飯的時候不好好吃飯、不愿意洗澡或不讓父母洗頭發、睡覺時間到了卻堅持要玩這個玩那個。

White 等

采用ANSYS 有限元軟件建立含穿透型裂紋的管道模型， 并基于斷裂力學理論， 在模型的基礎上研究了穿透性裂紋的動態裂紋擴展形貌及過程， 最終通過數學公式擬合的方法得到了裂紋擴展尺寸與擴展時間的關系。

李哲

對含表面半橢圓形裂紋的CO

管道進行了管材試驗以及有限元分析， 通過采用X80管線鋼疲勞試驗的方式得到了不同裂紋尺寸與工況下的裂紋擴展形貌， 并總結出了裂紋疲勞擴展機理以及擴展規律。 通過有限元分析的方法得到了裂紋疲勞擴展時的應力強度因子， 進一步得到了CO

管道的疲勞壽命計算方法。

Park 等

將Fluent 軟件和PR-EOS 狀態方程結合起來建立模型， 對含雜質CO

管道減壓波變化規律進行模擬分析， 并考慮內部流體與管壁之間的對流換熱問題。 減壓過程中壓降的快速變化規律在該模型中可以很好地體現出來， 不改變初始壓力的情況下， 減壓波速度隨著初始溫度的提高而下降， 減壓波平臺在不同的雜質影響下也呈現不同的趨勢。

Keim

等利用ABAQUS 模擬軟件建立了MBW模型， 用于管段延性斷裂的預測， 分析了延性斷裂期間不同應力狀態變量的復雜加載條件。 研究表明， 裂紋擴展受管輸介質類型的影響較大， 通過對比模擬結果和全尺寸試驗結果， 有效地證明了該模型可以對影響管道損傷起始和傳播行為的不同延性水平進行可靠預測。

Hu 等

對BTCM 模型進行修正改進， 結合CO

管道泄漏過程的減壓波計算模型， 建立超臨界CO

管道的止裂韌性模型， 采用速度判據對其止裂所需的最小壁厚和最小夏比能量進行預測。當超臨界CO

管道的強度和設計壓力較高時， 根據強度設計準則得到的最小壁厚可以滿足延性止裂的要求。 同時通過MATLAB 程序語言進行模擬計算， 并沒有提供可視化界面和可以進行參數輸入輸出的窗口， 如果能夠根據速度判據開發成軟件， 將對工程應用的止裂設計具有非常重要的意義。

Martynov 等

基于ANSYS 軟件建立管道斷裂擴展的瞬態動態耦合FSI 模型和描述裂紋附近管壁溫度變化的傳熱模型。 結果表明， CO

流體雜質對延性斷裂止裂距離有很大影響； 在高于特定的溫度和壓力下， 流體中的減壓波速度可能會低于管線鋼中裂紋擴展的速度， 從而增加延性斷裂的風險。

Okodi 等

研究了擴展有限元法（XFEM） 在ABAQUS 軟件中的應用潛力， 將最大主應變和斷裂能作為損傷參數， 用于分析管道裂紋擴展和斷裂預測。 所建立的模型可以有效地分析管道的裂紋擴展和斷裂預測， 通過校準和試驗驗證， 得到管道的損傷參數隨裂紋尺寸和管道結構而變化，然而并沒有針對不同的裂紋類別和管道尺寸展開全面的模擬分析， 得到更加可靠的結論。

Valerie 等

、 Michal 等

對CO

SAFE-ARREST 項目中的全尺寸試驗進行系統分析， 該試驗選用的是一條由10 種不同等級強度管材構成的長度為90 m 的管道， 將其鋪設在深度1 m 的地下， 輸送介質為含雜質密相CO

， 著重分析管材和CO

混合物性質對斷裂速度和減壓波速度的影響， 結果表明， 傳統的BTCM 模型不能夠滿足CO

輸送管道的止裂設計需求。

Zhen 等

采用ANSYS 有限元軟件去模擬分析氣相CO

管道的斷裂過程， 針對管道裂紋擴展模擬中傳統加載方法不能準確預測實時裂紋尖端位置、 導致模擬結果不準確的問題， 建立一種CTPI 模型， 該模型可以有效地實現動態裂紋擴展和止裂的模擬， 得到的裂紋擴展長度和速度與實際管道爆破試驗結果接近。

由此可見， 隨著數值模擬技術的不斷進步，管道斷裂建模方面取得了進展， 但是CO

輸送管道延性裂紋擴展的現象和機理， 是一個涉及到流體力學、 材料力學、 斷裂力學等多知識交叉的領域。 目前已有初步的研究成果可對管道的斷裂擴展提供借鑒， 但是關于CO

管道斷裂機理的研究仍然較少， 能夠進行工程應用的CO

輸送管道裂紋延性止裂預測模型仍為空白。

2 管道止裂控制研究

美國Trans-Western 管線在20 世紀60 年代進行試驗時， 管道斷裂距離長達12 km

。 管道在裂紋源斷裂并延伸至兩端， 裂紋兩端分別在擴展到高韌性管段和加厚管段時自動停止， 由此可以發現， 加厚管壁和高韌性管段都可以實現止裂控制

。 在實際工程中， 非常重視止裂控制， 可以通過不同的方法對輸氣管道進行止裂控制： ①提高管道自身韌性實現止裂； ②提高管道局部截面的材料斷裂韌性實現止裂； ③依靠外力減小管道開裂后的張開變形實現止裂。 下面對以上三種止裂控制方法的止裂原理及結構進行評述。

將與CO

主體管道軋制方向不同的管段間隔插入管道截面中間， 由于不同軋制方向的管材具備不同的沖擊韌性值， 裂紋擴展到不同軋制方向管段時會發生路徑改變， 裂紋擴展能量可以被同軸止裂結構所消耗， 同樣可以起到較好的止裂效果

。

2.1 提高管道自身韌性實現止裂

CO

管道和裂紋之間的相互作用導致管道發生延性斷裂， 裂紋首先會發生起裂， 然后以一定的速度擴展， 然而這種裂紋擴展導致的管道起裂和擴展長度無法完全預測， 造成的事故后果也非常嚴重

。 因此， 提高管道自身的韌性被認為是控制這種現象發生的第一道防線， 降低裂紋驅動力， 從而實現止裂。

徐源

基于延長油田一期36 萬t/a 超臨界CO

輸送項目， 采用Battelle 雙曲線速度判據對X80管線L11 進行增加壁厚試算， 將壁厚從初始的6 mm 增加到7 mm， 得到的止裂壓力值在夏比能量為124 J 時與平臺壓力值相等， 此時斷裂速度曲線與減壓波速度曲線相切， 達到止裂韌性要求， 可以止裂。

文獻[61]列出通過適當增加壁厚來實現管體止裂的案例， 采用Battelle 雙曲線速度判據對X70 鋼管增加壁厚進行試算， 壁厚從初始的8 mm 增加到10.8 mm， 夏比能量為80 J 對應斷裂速度曲線與減壓波速度曲線相離， 可以實現止裂； 同時還將壁厚為9.4 mm 的X60 鋼管壁厚增加到12.5 mm， 對應60 J 夏比能量的斷裂速度曲線與減壓波速度曲線不相交， 管體可以實現自行止裂。 因此， 通過適當增加管道壁厚， 在合適的夏比能量下， 可以實現止裂， 該方法也是經濟可行的。

將與CO

主體管道壁厚相同但韌性更高的管段間隔插入管道截面中間， 裂紋進入該管段時會受到更大阻力而實現止裂

。 該方法可以把裂紋擴展距離控制在兩個高韌性管段的距離， 同時可以滿足經濟性要求。

2.2 提高管道局部韌性實現止裂

在某些工況下， 需要增加整體管道的壁厚才可以滿足管道自身止裂韌性要求， 但顯然這種方式從經濟角度出發是不可行的。 因此， 依靠同軸止裂結構同樣可以實現很好的止裂效果。

從中國特色社會主義建設的總布局來看，生態文明建設無疑是中國社會主義現代化建設的重要組成部分。僅有經濟建設、政治建設、文化建設和社會建設的現代化建設肯定是不完善的，也是不可持續的。從戰略全局來看，這四個建設再加上生態文明建設才是我國社會主義現代化建設的完整布局。生態文明建設和綠色發展既是推進我國社會主義現代化建設可持續發展的偉大實踐，也是對地球上人類可持續發展新道路的重大探索。其戰略意義是深刻、長遠和根本性的。

2.2.1 管道中間插入高韌性管段

這里采用結構穩定性原則占主導的復合貨位優先級，存儲效率優先原則占主導的復合貨位優先級設定方法與其類似，故不再詳述。

英國國家電網公司

開展了一項關于CO

和富含CO

混合物的管道全尺寸裂縫擴展試驗，以了解氣態和密相CO

在全尺寸爆破管道中的減壓行為。 測試方案包括14 次氣態CO

和富含CO

混合物測試以及14 次密相CO

和富含CO

混合物測試， 試驗用管為Φ914 mm×25.4 mm 的X65 級管線管， 并將觀測到的減壓行為與使用簡單（等熵） 減壓模型預測的行為進行比較， 結果發現CO

在管道斷裂泄漏時的減壓特性與其他介質不同， 而且發現初始裂紋的長度和管道韌性與抑制斷裂所需韌性之間的比率是造成不同斷裂現象的兩個主要因素。

要積極地探索企業的檔案信息收集機制，通過信息化的手段，讓企業的各種分享信息能夠及時地匯總。由于園林綠化企業施工周期長，以及施工站點分散，在進行檔案管理中，要有效地運用電子計算機技術，將有關的信息匯總到一處，更好地讓園林綠化企業在檔案管理與利用過程當中體現出效率性。在未來，園林綠化企業的檔案管理利用，必然要采取更多元化的機制，將信息進行處理，必要的時候采取大數據分析的方式，讓園林綠化企業的檔案管理更呈現出高效與便捷的特點。如果園林綠化企業沒有從制度上以及技術上給予保障，檔案的管理與利用將無從談起，只有將檔案管理與利用放置到企業管理的核心位置，才能夠讓企業的檔案管理更進一步的制度化和有效化。

將與CO

主體管道韌性相同但壁厚增加的管段間隔插入管道截面中間， 增大管道局部截面面積， 增強材料斷裂韌性， 使裂紋尖端擴展到該管段時遇到阻力， 將裂紋驅動力轉移到同軸厚壁管段上， 從而實現止裂

。

【結論及解釋】燒杯內壁有水珠出現，說明固體酒精中含有氫元素；澄清石灰水變渾濁，說明固體酒精中含有碳元素。因為含碳元素的物質完全燃燒生成CO2，含氫元素的物質完全燃燒生成H2O。

2.2.3 管道中間插入不同軋制方向管段

(2)受有較大沖擊載荷、磨損嚴重、過煤量大或受腐蝕的溜槽和管道應加襯板。《DTII(A)型固定式膠帶輸送機設計選用手冊》推薦，物流速度大于2.5 m/s時應加襯板；物流速度為1.6～5 m/s時推薦采用帶調節擋板。溜槽轉角處，常受物料沖砸，其斜底和側板都應加襯板。漏斗受物流沖擊面和溜槽受砸斜底板鋪設的襯板要能拆卸更換，必要時受砸母板外側應加筋板。

音樂產業存在的意義重點在于其表達的核心理念，是持續不斷地為整個音樂市場提供優秀的作品。若沒有創作者寫出音樂作品，相關的音樂產品如網易、QQ、等音樂軟件也將不復存在。因此，音樂產業的發展，始終離不開音樂人才的支持，特別是賦有創意的音樂人才。不僅了解音樂的本體，還具有前瞻性的目光。優秀的音樂人和作品，是支撐音樂產業發展強大的精神支柱。

Fonzo

利用模擬軟件PICPRO 在X120 管線鋼上建立不同類型的止裂結構， 并對其尺寸進行優化， 將PICPRO 的一個運算法則編入軟件， 從而可以預測止裂結構對裂紋擴展所產生的約束影響， 使該方法可以精確描述和可靠預測止裂結構的止裂效果。

王寶昌

建議在海底管道間隔7～8 節管子安裝同軸止裂結構， 以此增加管道局部韌性， 以便減少外部壓力對管道缺陷處的影響， 防止管道發生截面變形和延性斷裂等危險事故。 李秀鋒

使用韌性更高、 壁厚更大的管材對海底管道缺陷處進行修復， 并用AutoPIPE 模擬軟件建立同軸止裂結構段及原海管模型， 并進行同軸止裂結構段的應力分析， 結果表明， 該段可以提高抗外載荷的能力， 降低裂紋進入該區域的驅動力。

2.3 依靠外力實現止裂

相比較于同軸止裂結構， 外部止裂結構更加便于設計及安裝， 提高管道的局部斷裂韌性， 防止管道延性斷裂的發生， 實現管道的安全運行

。 目前， 各種外部止裂結構已經被建議在高壓輸氣管道上使用。 對于高鋼級材料， 裂紋驅動力主要來自泄漏氣體在裂紋前端“折邊” 處的壓力。 這種開口可以被外部止裂結構阻止， 從而有效地控制裂紋張角

。 外部止裂結構一般為傳統鋼套止裂結構， 或是由碳纖維、 玻璃纖維等復合材料構成的止裂結構， 將其沿管道軸向并以適當的間隔安裝在管道外側， 從而迫使裂紋驅動力降低， 防止裂紋擴展， 進行有效的止裂。

2.3.1 傳統鋼套止裂結構

Wilkowski 等

提出了一個基于經驗的準則，用于優化鋼套止裂結構的設計， 并通過相關止裂結構試驗表明， 止裂結構尺寸與韌性斷裂進入止裂結構時的速度有關， 并根據有限數量的全尺寸試驗結果， 提出了實證標準， 可以用來根據不同的最大斷裂速度確定適當的灌漿或不灌漿套筒長度。 但在止裂結構的實際設計中， 應考慮一些額外的裕度， 而不是設計為絕對最小尺寸， 為了考慮管道和止裂結構材料實際強度的變化， 需要適當增加止裂結構的尺寸。

Aursand 等

設計的鋼絲網布止裂結構， 在管道斷裂擴展試驗中也體現出了較好的止裂效果。 并指出未來的研究應該包括管道中裂紋擴展和CO

相變之間的相互作用， 更好地了解動態延性裂紋擴展和決定斷裂速度的主要因素， 進而對止裂結構的性能進行更詳細的研究。

喻建良等

利用ANSYS 軟件對含軸向裂紋管道裂紋區域建立套管模型， 對該止裂方法進行分析， 通過止裂系數衡量套管的止裂效果， 并針對管道壁厚、 裂紋長度、 套管位置、 套管厚度等因素對止裂結構的影響效果進行了模擬研究。

任科

將鋼套止裂結構和復合材料止裂結構結合起來， 并通過ANSYS Workbench 有限元軟件分別對鋼套止裂器和碳纖維止裂器的性能進行模擬， 分析厚度、 寬度、 碳纖維層數等因素對止裂結構的性能影響， 最后設計出一種適用于超臨界CO

輸送管道的新型止裂器。

PE O'Donoghue 等

基于流體、 結構、 裂紋建立PFRAC 耦合模型， 用于研究鋼環止裂結構的適用性， 該模型實現了一個曲梁單元去模擬止裂結構的行為， 結果表明， 安裝止裂結構后， 止裂結構可以成功地將裂紋驅動力降低到管材的斷裂韌性以下。 該方法可以為止裂結構的前期設計提供指導， 但沒有詳細探討結構與管壁之間的間距、 止裂結構的尺寸、 止裂結構的材料對止裂效果的影響， 應進一步展開更加深入的研究。

2.3.2 復合材料止裂結構

Clock Spring R 止裂結構 （螺旋纏繞的多層玻璃纖維增強聚酯復合材料） 已在涉及高斷裂驅動力的全尺寸試驗中得到評估并證明是有效的。它們已經被應用于CO

和天然氣管道上， 其優勢在于可以很容易地改裝到現有的管道上

。 對于需要大量止裂結構的長距離新管道， 除了安裝Clock Springs 之外， 一種更合適的選擇是在施工之前， 將類似于CRLPTM 的長纖維纏繞復合材料止裂結構直接安裝到單個管道上。 CRLPTM 止裂結構已被證明在止裂方面是有效的， 且可以抵抗外部破壞和變質

。

Wilkowski 等

為了給管道行業提供一個技術可靠且經濟高效的解決方案， 以防止管道因不穩定的軸向裂紋延性擴展而失效， 設計了一種 “軟裂紋止裂結構”， 利用復合止裂結構材料的強度和延展性來阻止裂紋延性擴展， 通過在莫哈韋現場進行的第一次全尺寸爆破試驗， 驗證了 “軟裂紋止裂結構” 可以成功地限制裂紋的擴展。

Biagio 等

通過全尺寸爆破試驗， 通過在管道上安裝設計得當的復合止裂結構， 延性斷裂在經過止裂結構時很快就停止下來， 成功驗證了止裂結構可以在管道固有韌性不能滿足要求的情況下阻止延性斷裂的發生， 但由于試驗次數較少，且結果分散性不可忽略， 仍需要通過相關試驗設計出適用于CO

管道的復合止裂結構。

（2）經濟高速發展的同時，同步提升人民道德素質。伴隨著我國經濟高速發展，國民素質提升與之不匹配、不同步，在某些群體中甚至嚴重不匹配的問題已經成為人們的共識。西藏地區人們整體文化水平相對落后，但是網絡化進程絲毫不落后與全國平均水平。2017年，西藏互聯網用戶總數甚至高出全國平均水平[8]。當互聯網經濟為藏區人民帶來巨大實惠的時候，遵守法律法規的約束感、遵守經濟秩序的道德感同金錢利益之間的矛盾沖突產生，網絡版權保護問題凸顯。對假冒、以次充好和惡意篡改等侵權行為在法律制裁、加強監管的同時，應該從根本上提升民眾道德素質。

Abeele 等

對復合材料止裂結構進行了數值設計。 首先， 對單向玻璃纖維增強環氧樹脂的性能進行測試， 并對復合材料的微觀力學模型進行了研究； 然后， 對帶有復合止裂結構的管道接頭的使用性能進行分析， 而且進行了大型拉伸試驗和四點彎曲試驗， 并與有限元模擬結果進行了比較； 最后， 對復合止裂結構在高壓輸氣管道中阻止延性斷裂的能力進行評估分析。

Lukasz Mazurkiewicz 等

通過試驗和數值分析相結合的方式， 對復合止裂結構包裹管道的韌性進行評估， 并對所選套管的厚度進行驗證。 作者使用非線性有限元程序和本構模型， 且數值模擬得出的管道斷裂特征與實際管道中出現的斷裂現象十分吻合， 從而證明開發的數值模型足夠精確， 足以研究復合材料止裂結構的修復效果。 但考慮到數值模型中的簡化以及試驗中鋼管厚度不均勻和材料質量等問題， 數值分析和試驗測試結果之間會存在一定的誤差。

“管理芒果，我們人人都是講究的‘技術掛’！”農場生產部負責人如是說。據他介紹，芒果從結果到果實成熟雖然僅幾個月，卻要耗費果農們的諸多智慧和精力。

張曉燕

針對含表面裂紋的X100 鋼級輸氣管線， 利用ANSYS Workbench 有限元軟件對管道及止裂結構進行建模分析， 通過彈塑性斷裂力學參量J 積分和止裂系數去評估玻璃纖維復合止裂結構的止裂效果， 研究玻璃纖維止裂結構鋪層角度、 鋪層厚度及裂紋尺寸等因素對止裂結構性能的影響規律。

(3)各模型對墾利油田A稠油與3種稀油摻混后的黏度預測效果普遍隨溫度的降低而惡化，在較高溫度下預測精度相對較高。

Jozavi 等

認為應該使用纖維纏繞的E-玻璃纖維/聚酯止裂結構來代替鋼套止裂結構。 與鋼相比， 復合材料套管除了具有高強度和低成本外， 由于纖維纏繞效應， 復合材料止裂結構還具有更好的止裂能力。 并且使用ASTM 標準對止裂結構的拉伸應力應變和斷裂行為進行了現場評估， 驗證了復合止裂結構確實是一種止裂效果好且很有潛力的高壓輸氣管道的止裂結構。 但由于沒有考慮到纖維斷裂和管體脫粘現象， 試驗沖擊引起的裂紋會沿周向擴展， 消耗能量， 從而會影響到止裂結構的效果。

綜上所述， 目前設計的止裂結構在全尺寸管道斷裂擴展試驗和模擬計算中均表現出較好的止裂性能， 但并沒有廣泛應用到實際工程中， 止裂結構的設計標準并未建立起來。 應加大試驗測試和模擬計算的研究力度， 設計研發出安全、 有效、 便于安裝的止裂結構， 設置可靠的止裂準則并防止管道延性斷裂。

3 結 論

（1） 針對CO

輸送管道延性斷裂機理， 從試驗和數值模擬研究兩個方面出發對其進行綜述， 發現傳統的Battelle 雙曲線等研究方法不能完全適用于CO

管道， CO

相變規律及熱力學特性對斷裂擴展所產生的影響研究尤顯不足；管內介質隨管道斷裂擴展變化動態過程相關研究仍處于空白。

（2） 新研發的高強度大直徑CO

管道在低溫、 高壓、 富氣等惡劣條件下運行時， 管道自身材料韌性可能無法抑制裂紋延性擴展。 因此， 在設計安全可靠的管道系統時， 需要使用止裂結構， 相比較于傳統的鋼套止裂結構， 復合型止裂結構作為一種止裂控制的高效方法， 越來越受到業界的關注。

（3） 目前針對管道斷裂過程在不同相態和工況下的變化規律仍處于起步階段， 因此有必要采取試驗和數值模擬研究相結合的方法， 對CO

輸送管道延性斷裂機理進行更加深入的研究， 建立有效的止裂準則， 避免管道延性斷裂的發生， 確保管道輸送的安全運行。

淺談鋼纖維環氧樹脂混凝土在維修橋梁伸縮縫中的應用……………………………………………………… 陳聯川（9-89）

（4） 盡管止裂結構在管道全尺寸試驗和數值模擬中都體現了良好的止裂性能， 但止裂結構的設計標準和應用范圍仍沒有形成統一的體系， 因此對于開發CO

管道專用止裂結構的研究極為迫切， 需要利用數值模擬的方法對止裂結構的設計優化、 受力分析、 材料選型等方面展開更加深入的研究。

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