这是 FITNET FAD 算例全集里的第二个算例（§13.2.6，SSTP10）。它和第一个 A533B 算例的看点不同：这次是一块含穿透裂纹的不锈钢焊接大板，做延性撕裂（裂纹随载荷稳定扩展）的 FAD 评定。本文照老规矩——在 mechCalc 的 BS 7910 Clause 7 断裂评定计算器里实算、读图，再与 FITNET 文献逐点对照。

算例出处：FITNET FFS Procedure MK7 (2006), Vol. II §13.2.6（SSTP10 stainless-steel wide plate, through-thickness crack, ductile tearing）。试验为焊缝含穿透裂纹的大板单调拉伸，记录起裂（4 MN）到失稳（10.83 MN）的延性撕裂全程。

🧮 在线计算器：《BS 7910 Clause 7 断裂评定计算器》 — 本文实算所用引擎：编排 Annex M（K_I）+ Annex P（σ_ref）+ Option 1 FAD，可在线复跑。

1. 这道题在评什么

一块 820 mm 宽、61.2 mm 厚的不锈钢大板，焊缝中心有一条贯穿板厚的穿透裂纹（疲劳预制后总长 273 mm）。单调拉伸下，裂纹不是一下子脆断，而是延性撕裂：载荷升高、裂纹稳定地长一点（Δa），直到失稳。FITNET 记录了三个关键点——起裂（4 MN）、撕裂中（10.35 MN）、失稳（10.83 MN）。

被评定对象是含这条穿透裂纹的大板能否继续承载。FAD 评定把每个载荷点画成一个坐标 $(L_r,\ K_r)$，看它落在失效评定曲线（FAL）的里侧还是外侧。

图1：SSTP10 不锈钢宽板的几何与载荷示意。820 mm 宽、61.2 mm 厚的大板，焊缝中心一条横向穿透裂纹（全长 2a=273 mm，红色）；上下端施加单调拉伸，膜应力 σ_m=P/(W·B)。右侧侧视图表明裂纹贯穿整个板厚（穿透）——故无最深点，只在单一前缘评定。

图1：SSTP10 不锈钢宽板的几何与载荷示意。820 mm 宽、61.2 mm 厚的大板，焊缝中心一条横向穿透裂纹（全长 2a=273 mm，红色）；上下端施加单调拉伸，膜应力 σ_m=P/(W·B)。右侧侧视图表明裂纹贯穿整个板厚（穿透）——故无最深点，只在单一前缘评定。

2. 原理与输入

评定点坐标（Option 1）：

$$ K_r = \frac{K_I^P + K_I^S}{K_{mat}} + \rho, \qquad L_r = \frac{\sigma_{ref}}{\sigma_Y} $$
  • 一次应力：单调膜载荷 $\sigma_m = P/(W\cdot B)$（$W$ 宽、$B$ 厚）。
  • $K_I^P$：穿透裂纹的应力强度因子（BS 7910 Annex M.3，含有限宽修正），由 mechCalc 自算。
  • $\sigma_{ref}$ / $L_r$：Annex P 净截面塑性失稳参考应力。
  • 韧性 $K_{mat}$：延性撕裂，韧性随裂纹扩展量 $\Delta a$ 增大，由 J-R 阻力曲线给出（Table 13.11）：
$$ J\,[\mathrm{kJ/m^2}] = 317.31\,\Delta a^{0.6475}\ (\Delta a\ \text{in mm}), \qquad K_{mat} = \sqrt{\dfrac{J\,E'}{1000}},\ \ E' = \dfrac{E}{1-\nu^2} $$
参数 值 说明
裂纹类型 穿透裂纹（through-thickness） 焊缝中心
裂纹半长 $a$ 136.5 mm 全长 $2a = 273$ mm
板厚 $B$ / 宽 $W$ 61.2 / 820 mm
母材 $\sigma_Y$ / $\sigma_U$ 234 / 594 MPa 不锈钢母材属性
弹性模量 $E$ / $\nu$ 173 GPa / 0.3 $E' = 190{,}110$ MPa
一次膜应力 $\sigma_m$ 79.7 / 206.2 / 215.8 MPa 对应 4 / 10.35 / 10.83 MN
$K_{mat}$（J-R 换算） 145.9 / 325.2 / 532.9 MPa·m$^{0.5}$ 对应 $\Delta a$ = 0.2 / 2.38 / 10.94 mm

为什么母材属性：FITNET 用母材属性评定时所有点都落在 FAL 之上（保守=安全侧），是该试验的代表性口径；本文据此对照。

3. 在计算器里怎么填（以起裂点 4 MN 为例）

  1. Assessment Option (FAD)：选 Option 1。
  2. 1. Crack / Flaw Type：几何选「Flat Plate」，裂纹类型选「through-thickness」；填半长 $a=136.5$。
  3. 2. Component Geometry：板厚 61.2、宽度 820。
  4. 3. Stress：一次膜应力 $P_m=79.71$、弯曲 $P_b=0$；二次应力来源选「none」（见 §5 说明）。
  5. 5. Material：屈服 234、抗拉 594、弹模 173。
  6. 6. Fracture Toughness：来源「Direct $K_{mat}$」，填 145.9（= J-R 曲线在 $\Delta a=0.2$ 的换算值）。
  7. 点 Run Calculation。
图2：SSTP10 在 BS 7910 Clause 7 计算器里的几何示意。820 mm 宽板上一条贯穿板厚、全长 2a=273 mm 的穿透裂纹（红色），裂纹前缘 A 贯穿整个厚度——穿透裂纹没有「最深点」，只在单一前缘评定。

图2：SSTP10 在 BS 7910 Clause 7 计算器里的几何示意。820 mm 宽板上一条贯穿板厚、全长 2a=273 mm 的穿透裂纹（红色），裂纹前缘 A 贯穿整个厚度——穿透裂纹没有「最深点」，只在单一前缘评定。

4. 计算结果

图3：4 MN 起裂点的 FAD 评定结果。评定点 (L_r, K_r)=(0.5107, 0.3844) 落在失效评定曲线（FAL）以内的绿色可接受区，判定 ACCEPTABLE。韧性保留因数 F_Kr=2.429、载荷保留因数 F_load=1.768；K_r 利用率 41.2%、L_r 利用率 28.9%。

图3：4 MN 起裂点的 FAD 评定结果。评定点 (L_r, K_r)=(0.5107, 0.3844) 落在失效评定曲线（FAL）以内的绿色可接受区，判定 ACCEPTABLE。韧性保留因数 F_Kr=2.429、载荷保留因数 F_load=1.768；K_r 利用率 41.2%、L_r 利用率 28.9%。

引擎按 Clause 7 装配出的起裂点（4 MN）：

量 值 来源
一次应力强度因子 $K_I^P$ 56.08 MPa·m$^{0.5}$ Annex M.3 穿透裂纹解
参考应力 $\sigma_{ref}$ 119.5 MPa Annex P 极限载荷
横坐标 $L_r$ 0.5107 $\sigma_{ref}/\sigma_Y$
纵坐标 $K_r$ 0.3844 $(K_I^P+0)/145.9 + 0$
判定 可接受（裕度大） $K_r \le f(L_r)$ 且 $L_r < L_{r,max}$

5. 与 FITNET 对照：L_r 逐位吻合，K_r 属跨方法

把三个载荷点（母材属性）并列：

载荷 (MN) $\Delta a$ (mm) $K_{mat}$ (J-R) mechCalc $L_r$ FITNET $L_r$ mechCalc $K_r$ FITNET $K_r$
4.0（起裂） 0.2 145.9 0.511 0.51 0.384 1.15
10.35 2.38 325.2 1.321 1.33 0.446 0.77
10.83（失稳） 10.94 532.9 1.383 1.44 0.285 0.49

横坐标 $L_r$ 与 FITNET 几乎逐位吻合（0.511 vs 0.51、1.321 vs 1.33、1.383 vs 1.44，仅失稳点 −4%）。$L_r$ 只由一次载荷与几何经 Annex P 极限载荷决定，这条干净地交叉验证了 mechCalc 对穿透裂纹的参考应力/极限载荷实现，也复现了 $K_I^P$（56.08 MPa·m$^{0.5}$）。

纵坐标 $K_r$ 比 FITNET 低，这是预期内的「跨方法」差异，不是算错。原因有二：

  • 焊接残余应力未被量化。FITNET 这道题的板里有接近屈服的焊补残余应力（板中心受拉），它通过 $K_I^S$ 实实在在地抬高 $K_r$——正是把起裂点顶到 $K_r=1.15$ 的主力。但文献没有给出这条残余应力的数值或廓线（不像 A533B 算例明确给了 $K_I^S=46/5$），所以 mechCalc 无法把它喂进去，本文只算了一次（膜）侧。粗估需叠加 $K_I^S \gtrsim 110$ MPa·m$^{0.5}$ 才能凑到 1.15。
  • 延性撕裂的 $K_r$ 用 J 路线。FITNET 在撕裂轨迹上的 $K_r$ 与 J-R 曲线、残余应力耦合，与 mechCalc 这里"一次侧 $K_I^P$ ÷ J-R 韧性"的简化口径不同。

方法学说明（DIFF 不是 FAIL）：按校核纪律，同物理量、不同方法之间的差异判 DIFF。本例 $L_r$ 是 same-method（逐位吻合、正面验证）；$K_r$ 是 cross-method 且缺残余应力输入，故只比 $L_r$。这与 FITNET 算例全集里对 SSTP10 的判语一致。

6. 一点诚实边界

A533B 算例能把残余 $K_I^S$ 也逐点对上，是因为文献给了实测残余值；SSTP10 这道题文献没量化残余应力，mechCalc 就只能验证到 $L_r$ 这一层——把能验证的验证扎实，不能复现的如实说明。这恰恰是用文献交叉核对计算器时应有的态度：$L_r$ 这条（参考应力/极限载荷）经得起逐位检验，$K_r$ 的缺口定位在缺失的残余应力输入，而非引擎本身。

🧮 在线计算器：《BS 7910 Clause 7 断裂评定计算器》 — 自己复跑起裂点：Option 1、穿透裂纹 a=136.5、B=61.2、W=820、P_m=79.71、母材 σ_Y=234/σ_U=594/E=173、K_mat=145.9，即得 L_r=0.511、K_r=0.384、ACCEPTABLE。