傳統(tǒng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則假設(shè)材料是無(wú)缺陷的均勻連續(xù)體,因而難以解釋脆性斷裂現(xiàn)象,脆性斷裂屬于斷裂力學(xué)的研究領(lǐng)域。
斷裂力學(xué)認(rèn)為材料中存在缺陷,其目的是研究缺陷在載荷和環(huán)境作用下的破壞規(guī)律,建立缺陷幾何參數(shù)、材料韌性和結(jié)構(gòu)承載能力之間的定母關(guān)系。研究表明,壓力容器是否發(fā)生脆性斷裂主要取決材料韌性、缺陷處的應(yīng)力水平和缺陷的幾何參數(shù)。因此,防止壓力容器發(fā)生脆性破壞也應(yīng)從這三個(gè)方面著手。
在材料方面,通常根據(jù)受壓元件的厚度、應(yīng)力水平、最低金屬溫度、載荷性質(zhì)、介質(zhì)對(duì)材料韌性的影響等因素,提出材料夏比V形缺口沖擊吸收功或斷裂韌性驗(yàn)收指標(biāo)。對(duì)于相同材料,薄鋼板或鋼帶的性能(特別是韌性)比厚鋼板和大型鍛件好,因而采用多層結(jié)構(gòu)可以提高抗脆斷性能。
在缺陷方面一是盡錄減少焊接接頭,二是提高無(wú)損檢測(cè)技術(shù),使之能發(fā)現(xiàn)更小的缺陷,不但使缺陷存在的可能性減少,而且使缺陷的尺寸減小。
在設(shè)計(jì)方面,根據(jù)無(wú)損檢測(cè)水平,假設(shè)壓力容器高應(yīng)力區(qū)存在裂紋,利用斷裂力學(xué)方法進(jìn)行裂紋安全性評(píng)估,確保容器不發(fā)生低應(yīng)力脆性破壞。
需要指出的是,采用防脆斷設(shè)計(jì)方法,并不意味著容器在制造時(shí)允許存在假設(shè)中所說(shuō)的裂紋,而是指壓力容器萬(wàn)一有裂紋時(shí)(漏檢或在使用中產(chǎn)生)要確保不發(fā)生脆性斷裂事故,其實(shí)質(zhì)是要求材料在使用環(huán)境下必須有足夠的斷裂韌性。