【学术成果】曹宇光教授团队在基于断口形貌的管道环焊缝断裂韧性预测方向取得新进展

近日，我院曹宇光教授团队在基于断口形貌的管道环焊缝断裂韧性预测方向取得新进展，相关研究成果《Research on Fracture Toughness of X80 Pipeline Girth Welds Based on Quantitative Assessment of Fractal Characteristics of Fracture Surfaces》发表在力学领域顶刊《Theoretical and Applied Fracture Mechanics》。论文第一作者为博士研究生刘兴峰，通讯作者为曹宇光教授，ok138cn太阳集团为第一署名单位和唯一通讯单位。该研究得到国家自然科学基金面上项目及山东省自然科学基金项目、中央高校基本科研业务费项目的联合资助。

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随着高钢级管道的快速发展，环焊缝失效成为影响管道服役可靠性的关键因素。为通过定量解析断口特征来深入理解环焊缝的断裂失效行为，研究团队对X80管道环焊缝开展了系统研究。通过三点弯曲试验获取母材、热影响区和焊缝金属的断裂韧性参数，采用激光扫描技术对断口表面进行三维重构，并运用分形理论计算断口表面的分形维数，研究断口形貌特征与断裂韧性之间的定量关系。

断口三维重构模型

研究结果表明，焊缝处韧性显著低于母材和热影响区，且断口表面分形维数、表面粗糙度与断裂韧性之间呈现显著的正相关关系。研究建立了基于断口分形维数的断裂韧性预测模型，为快速评估环焊缝断裂性能提供了新方法，也为高钢级管道环焊缝质量改进和安全评估提供了科学依据。

断口形貌特征分析区域

断裂韧性与分形维数关系

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2025.105098