低合金高强钢是压力容器、桥梁和大型钢结构工程中常用的材料,但由于服役环境和受到冲击载荷等因素,材料突然的脆性断裂导致很多重大的事故的发生。材料内部不均匀显微组织和缺陷,以及材料解理断裂行为比较复杂,导致标准试样测得的断裂韧性具有极大的离散性。因此,采用单一断裂参数描述材料裂纹尖端区域的特性不准确,使得对结构的断裂行为准确预测更加困难。考虑断裂控制区局部损伤准则的局部法模型为研究上述问题提供了新的研究思路及方法。本文基于局部法理论,以国内常用的低合金高强钢Q390为研究对象,研究高强钢的断裂机理与失效预测。主要研究内容如下:(1)对低合金高强度结构钢Q390进行摆锤冲击试验,及对冲断试样断口进行扫描电镜试验,研究Q390的冲击性能。用双曲正切函数和Bohzmann函数两种方法拟合出材料的韧脆转变曲线,韧脆转变温度区间大约在-60℃-20℃;计算出冲击试验的特征温度T28J =-49.07℃和T41J=-41.48℃,估算材料的韧脆转变温度约为-30℃及韧脆转变温度附近的断裂韧性试验的推荐温度约为-65℃。(2)基于主曲线法研究材料断裂韧性的分布规律,利用冲击试验结果和经验公式确定材料的主曲线参考温度T0=-45℃,绘制材料90%置信区间内的断裂韧性分散带;估算断裂韧性推荐试验温度,按照标准ASTME1921中规定的步骤计算材料的主曲线T0,验证上面经验公式计算结果的准确性,证明此标准也适用于国产的低合金结构钢。(3)通过有限元仿真模拟冲击试验过程,利用冲击试验结果验证模拟的正确性,并得到J积分随冲击速度的增加而增加;建立三点弯曲模型,模拟断裂韧性试验,拟合断裂韧性与威布尔应力之间的本构关系,标定局部法模型参数,建立模型。J积分随着试样尺寸和预制裂纹长度的增加而减小;温度对J积分的影响较小。(4)分析温度和样本数据大小对局部法参数的影响:-40℃以下,温度对局部法参数的影响小;温度超过-40℃,局部法模型参数随温度的上升而增大。试验数据的样本大小决定局部法参数的离散程度,样本个数超过200个,标定的局部法参数变化波动较小,随机取样标定的局部法参数在50%的置信区间内。