由圖看出，三種不同厚度有三條不同的DFTT曲線，因而有三個(gè)不同的85％FATT值，而Charpy V取標(biāo)準(zhǔn)厚度，故三種材料只有一條曲線。
　　如前所述，DWTT系專(zhuān)用設(shè)備，而Charpy V是通用的，能否找出二者之間對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而用Charpy V代替DWTT呢？BWI在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上給出了二者的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)圖2-5-4。
　　如圖，如85％Charpy V FATT值為5°F，厚度為0．5in，由圖查出差值為20°F，則85％DWTT FATt₂5°F。
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圖2-5-4 85％DWTT，F(xiàn)ATT與85％Charpy V FATT的對(duì)應(yīng)關(guān)系

　　由圖還可看出，當(dāng)厚度為0．4in(10mm)時(shí)，二者一致，因?yàn)檫@恰恰是Charpy V的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。
　　(二)脆性斷裂的定義
　　當(dāng)管線的工作溫度高于管材的FATT值時(shí)，一旦發(fā)生斷裂將是延性斷裂，此時(shí)斷面的S．A值在85％以上，由于供貨的FATT值往往低于規(guī)定值，故實(shí)際延性斷裂的S．A值絕大多數(shù)為100％。
　　脆性斷裂的斷口，從理論上講應(yīng)為100％的解理斷口，亦即S．A％=0，但實(shí)際上這種情況幾乎是不存在的。通常除延性斷裂以外，在低溫的工況條件下，管線斷裂的斷口均為混合型的，即有剪切斷面，也有解理斷面。剪切斷面一般在周邊上，稱(chēng)為剪切唇(shear lip)。故在工程上所說(shuō)的脆性斷裂系指延性斷裂以外的，包括混合型斷口的斷裂在內(nèi)的全部斷裂。
　　(三)脆性斷裂的擴(kuò)展速度
　　Mott在1949年給出了在理論上脆性斷裂擴(kuò)展速度的計(jì)算公式：
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式中：υ_m——斷裂的擴(kuò)展速度，m／s；
　　　υ_a——聲音在管材中的傳播速度，m／s；
　　　c₀——原始裂紋長(zhǎng)度，mm；
　　　c———在計(jì)算υ_m時(shí)的裂紋長(zhǎng)度，mm。
　　由式中看出，開(kāi)始起裂時(shí)，即c=c₀，此時(shí)V_m=0，以后隨著c的增加，V_m也逐漸增加，當(dāng)c為無(wú)窮大時(shí)，V_m達(dá)到最大值：
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　　可能用到的幾種管材的V_a值如下：
　　鋼：V_a=5950m／s
　　鋁：V_a=6420m／s
　　銅：V_a=5010m／s
　　玻璃：V_a=5640m／s
　　聚乙烯：V_a=1950m／s
　　按Mott的公式，鋼管的斷裂速度的最大值為2261m／s
　　實(shí)際測(cè)到的裂紋擴(kuò)展速度比上式小得多，Roberts和Wells認(rèn)為該式中的0．38應(yīng)改為0．20～0．38；另一方面Kanninen根據(jù)Dugdale模型分析得到0．38應(yīng)改0．1較為合適。
　　BMI大量的試驗(yàn)表明V_m值與剪切面積的百分比有關(guān)，剪切面積越大，則提供的斷裂的阻力也越大，因而斷裂的擴(kuò)展速度也就越低。圖2-5-5為X52管材S．A％與斷裂速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不同的管材有不同的圖形，此外不一一列舉。
　　由圖5-2-5看出，當(dāng)S．A％=0時(shí)，V_m=(V_m)_max=1800ft／s=550m／s，Kannien認(rèn)為(V_m)max=(0．1)(V_a)=0．1×5950=590m／s，與BIM試驗(yàn)近似。當(dāng)S．A％=100時(shí)，則V_m=(V_m)min=700ft／s=213m／s
　　BIM用電學(xué)計(jì)算機(jī)對(duì)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納，得出以下公式，可用以估計(jì)V_m值：
　　對(duì)于X52管材：
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　　對(duì)于X60管材：
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式中：V_m——ft／s。
　　上式是由65個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)中整理出的公式，上式是由39個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)中整理出的公式。
　　(四)管線脆性斷裂的止裂判據(jù)
　　對(duì)于脆性斷裂，可采用對(duì)比管線開(kāi)裂速度V_m值與介質(zhì)中減壓波的傳播速度Cd值來(lái)判斷是否可以止裂，可稱(chēng)之為速度判據(jù)。
　　脆性斷裂的開(kāi)裂速度V_m 值已在前面講過(guò)，其速度變化范圍較寬，具體數(shù)值決定于S．A％和材質(zhì)兩個(gè)因素，大體變化在450～900m／s之間。
　　減壓波前沿的速度為聲波在介質(zhì)中的傳播速度，常用幾種介質(zhì)的減壓波的傳播速度V_d值如下：
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圖2-5-5 管材S．A％與斷裂速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系

　　海水　　　　1531m／s
　　水　　　　　1497m／s
　　原油　　　　1524m／s(與原油性質(zhì)有關(guān)，此數(shù)供參考)
　　乙醇　　　　1207m／s
　　空氣　　　　331m／s
　　CO₂　　　　 259m／s
　　甲烷　　　　400m／s
　　天然氣　　　380～440m／s
　　由以上看，對(duì)于液體介質(zhì)，減壓波速度V_d大于開(kāi)裂速度V_m值，亦即減壓波跑在裂紋擴(kuò)展的尖端的前面了，這樣在裂紋尖端(Tip of Cra_ck)處已處于經(jīng)過(guò)減壓的低壓區(qū)了，斷裂失去了驅(qū)動(dòng)力(或驅(qū)動(dòng)力大大減小)因而可以得到止裂。
　　而對(duì)于輸送氣體介質(zhì)的管線來(lái)說(shuō)，V_d低于或略低于V_m值，亦即裂紋擴(kuò)展的尖端跑在減壓波的前面了，因而裂紋尖端仍處于原來(lái)的壓力水平下，故得不到止裂。我們可以歸納為：
　　當(dāng)V_m≥V_d不能止裂
　　V_m＜V_d可以止裂
　　以上為止裂的速度判據(jù)。
　　根據(jù)速度判據(jù)可以看出，對(duì)于輸送液體的管線一般不存在脆性斷裂失穩(wěn)擴(kuò)展問(wèn)題， 亦即起裂后可以得到止裂，但至少有以下的例外：
　　1．起裂管線承受有靜壓頭，例如管線的上方有油罐（高位罐）或較長(zhǎng)的管線；
　　2．液體介質(zhì)中有氣體，例如進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)管線的高點(diǎn)沒(méi)有把空氣排空，這樣即使在充水部分?jǐn)嗔?，也不能止裂?br /> 　　3．在操作條件下輸送的液體介質(zhì)，有較高的蒸氣壓。
　　(五)脆性斷裂的特征
　　了解脆性斷裂的特征，有利于加深對(duì)這種斷裂的理解，對(duì)其特征可歸納如下：
　　1．表面特征。從斷口看，脆性斷裂為平斷口，斷裂面為解理斷面或混合型的，即解理斷面與剪切斷面混雜的斷面；從裂紋的形狀看，為波形的，且往往為多分枝的， S．A％越小，分枝越多。裂紋形狀見(jiàn)圖2-5-6a和b，其中a為S．A接近為零，b為混合型的。這與延性斷裂大小相同，延性斷裂為直的，見(jiàn)圖2-5-6中的c圖，只有接近止裂時(shí)，才向下彎。
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圖2-5-6 各種裂紋形狀的比較

　　2．開(kāi)裂速度的特征。脆性斷裂的開(kāi)裂速度是比較快的，且變化范圍寬，在這前面已經(jīng)談及。開(kāi)裂速度還有另一個(gè)明顯的特點(diǎn)，即開(kāi)裂的速度，亦即V_m值是變化的。V_m值的大小決定于管材的S．A％或管材的DWTT的FATT值，但一條管線上鋼管的FATT值往往相差甚大。有人做了調(diào)查，調(diào)查的管材為X52，直徑30～36in，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，同一爐鋼材制出的鋼管的DWFF的FATT值最大差別達(dá)50°F(28℃)，而不同爐的鋼管的FATT值最大差別為60°F(33℃)。所以，對(duì)于脆性斷裂來(lái)說(shuō)，裂紋由一根管進(jìn)入相鄰的一根管子時(shí)，斷裂速度是加快了還是減慢了，決定于兩根管子在此溫度下S．A％的大小，而二者相同的概率是很小的，所以脆性斷裂的速度是變化的。
　　延性斷裂的S．A％為100％，其V_m值基本上是不變的。
　　3．塑性區(qū)尺寸的特征。延性斷裂塑性區(qū)的尺寸大，有的可延伸到離斷口150mm的范圍內(nèi)，脆性斷裂的塑性區(qū)尺寸很小，用肉眼觀察不到。
　　4．裂紋尖端鼓脹作用的特征。高速拍攝的照片表明，對(duì)于脆性斷裂，其裂紋尖端幾乎看不到鼓脹現(xiàn)象。
　　在起裂時(shí)，鼓脹起作用，此時(shí)裂紋尖端的應(yīng)力由σ增加至Mσ，M為由于鼓脹作用引起的應(yīng)力集中系數(shù)，M為大于1的數(shù)值。起裂后裂紋開(kāi)始擴(kuò)展，擴(kuò)展速度迅速增加，此時(shí)鼓脹作用看不到了，M值由大于1逐漸變?yōu)?，亦即由于鼓脹作用的消失，使裂紋尖端處的應(yīng)力減小了。有些脆性斷裂，在同一根管子上，在離裂源不遠(yuǎn)處止裂，這只能用鼓脹作用的消失來(lái)解釋。
　　鼓脹作用消失的這種現(xiàn)象尚無(wú)嚴(yán)格的科學(xué)解釋?zhuān)话阏J(rèn)為由于脆性斷裂擴(kuò)展速度很快，而鼓脹需要有一定時(shí)間，對(duì)于脆性斷裂來(lái)說(shuō)，是由于“來(lái)不及”鼓脹而引起消失的。這與延性斷裂大不相同，延性斷裂鼓脹自始至終都起著重要作用。

　　二、脆性斷裂的斷裂力學(xué)分析

　　(一)應(yīng)力水平對(duì)止裂的影響
　　由上文的敘述可歸結(jié)為，止裂決定于V_m的大小，而V_m的數(shù)值又決定于S．A％，而S．A％又決定于操作時(shí)的實(shí)際溫度與FATT之間的關(guān)系，而這一切均與應(yīng)力大小無(wú)關(guān)。這使有些人產(chǎn)生了懷疑，道理頗簡(jiǎn)單，因?yàn)閷?duì)于脆性斷裂來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)斷裂的唯一能源為儲(chǔ)存于管壁中的彈性應(yīng)變能，而彈性應(yīng)變能當(dāng)然是依于應(yīng)力而存在的，難道V_m與應(yīng)力無(wú)關(guān)么？
　　Cornish與Scott在這方面進(jìn)行了研究，并與英國(guó)瓦斯公司(British Gas，以下簡(jiǎn)稱(chēng)G．G)共同進(jìn)行了全尺寸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果請(qǐng)見(jiàn)圖2-5-7。