管道延性断裂扩展控制是当今大口径、高钢级、高压力以及采取富气输送工艺的长输管道设计、建造及运营中首先考虑的问题。本文进行了管道断裂过程中气体减压波速的求解和管线钢(CTOA)。的试验测试、有限元模拟等方面的研究。 考虑到小直径管道非等熵效应较为显著，分别建立了求解减压波速的等熵理论模型和非等熵理论模型，通过推导将求解流体参数的偏微分方程组转化为全微分方程组。基于BWRS和PR状态方程，分别推导了求解压缩因子、比热容比和等温体积膨胀系数等热力学参数的公式，并编制了热力学参数的求解程序。比热容比、压缩因子本文计算值与实验值的平均相对偏差约为1.0％。应用特征法来分析管道断裂过程中气体的流动参数及减压波速，求解三个特征线方程及其相容性方程。基于马赫线的逆步法划分差分网格，然后以改进的欧拉预估-校正法进行求解。编制了管道断裂过程中气体减压波速的计算程序，使用编制程序计算的气体减压波速与全尺寸爆破试验测量值相吻合。 使用本文编制程序，综合分析了起始压力、起始温度、不同气体介质以及管径对气体减压波速的影响。基于试验实测管线钢的CVN和力学性能指标，分析了管道断裂扩展速度的影响因素。基于速度准则，由编制程序计算的减压波速曲线联合管道断裂扩展速度计算公式，进行了实际工程的止裂设计应用。 制作了改进的双悬臂梁CTOA试件及配套夹具，试件的韧带厚度分别为4mm、8mm和10mm。试验采用准静态的撕裂过程和长裂纹扩展带的试件，进行了X70、X80管道钢的裂纹扩展试验，用摄像机跟踪拍摄裂纹尖端断裂扩展的全过程，然后直接测量获得裂纹扩展全过程的CTOA值。试验结果表明：较小韧带厚度的试件容易获得稳定的扩展过程，且临界断裂韧性(CTOA)。随韧带厚度的增加而增大，大韧带厚度的试件不易得到稳态扩展过程。 基于大变形理论，采用三维有限元模型模拟了CTOA试件断裂扩展过程，根据实测的管线钢应力应变关系，计算得到了(CTOA)c。结果表明，X70、X80管线钢的(CTOA)。均随试件厚度的增加而增大且呈线性关系。基于模拟结果，拟合了X70和X80管线钢的(CTOA)。的计算公式。 本文研究成果发展了管道断裂控制技术，可直接应用于管道止裂设计，具有较大的理论意义和应用价值。