以塑代鋼符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需求,相比傳統(tǒng)的金屬管道,聚乙烯（PE）管道因具有耐化學(xué)腐蝕、易施工、易維護(hù)及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于供水、供燃?xì)夂陀蜌廨斔凸こ痰葒?guó)家重要生命線工程。PE燃?xì)夤艿葔毫艿赖脑O(shè)計(jì)壽命要求50年以上,在服役過程中,長(zhǎng)期承受內(nèi)壓作用,慢速裂紋擴(kuò)展（SCG）是其失效的主導(dǎo)機(jī)制,影響管道服役壽命;同時(shí),PE壓力管道通常被埋置在地下,地下水的過量抽取和地震等引起的地基不均勻沉降會(huì)引發(fā)管道附加變形,甚至導(dǎo)致管道失效與破壞,從而危及人民的生命與財(cái)產(chǎn)安全。因此,對(duì)PE壓力管道材料耐SCG性能的正確評(píng)價(jià)和管道安全服役行為的有效評(píng)估具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程指導(dǎo)意義。本文的主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下:（1）PE管材的應(yīng)變硬化模量測(cè)試與耐SCG性能評(píng)估。詳述了PE管材耐SCG性能加速評(píng)價(jià)的應(yīng)變硬化模量法。依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO18488,制備4種PE100和1種PE100-RC級(jí)管材專用料的標(biāo)準(zhǔn)試樣,對(duì)試樣進(jìn)行不同應(yīng)變率下的恒溫拉伸測(cè)試,分析其應(yīng)變硬化行為,得到應(yīng)變硬化模量。基于應(yīng)變硬化模量對(duì)上述5種PE管材進(jìn)行耐SCG性能評(píng)估,并探討了溫度與拉伸速率對(duì)應(yīng)變硬化模量的影響。結(jié)果表明,... 

【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

聚乙烯管道失效模式示意圖

高度取向的銀紋微纖及微纖間的空洞組成的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，銀紋化是高分子材料所具有的一種損傷現(xiàn)象，是一種材料空洞化和微纖化并存的過程[9-11]。在應(yīng)力的作用下，裂紋尖端前方的銀紋區(qū)形成剪切帶或誘發(fā)產(chǎn)生新的銀紋，進(jìn)而促使銀紋區(qū)的生長(zhǎng)[12]。當(dāng)銀紋區(qū)生長(zhǎng)達(dá)到臨界條件時(shí)，銀紋微纖的相繼斷裂形成新的裂紋，裂尖穿過橋聯(lián)區(qū)向前擴(kuò)展，如此重復(fù)的過程就構(gòu)成了典型的 SCG 過程。PE 壓力管道的 SCG 過程實(shí)際上是裂尖銀紋引發(fā)→銀紋生長(zhǎng)→微纖斷裂→裂紋擴(kuò)展的不連續(xù)重復(fù)過程[13]，如圖 1.2 所示。由于 PE 壓力管道在服役過程中其工作應(yīng)力基本上是恒定的，從本質(zhì)上來講，其破壞表現(xiàn)為蠕變失效，細(xì)觀層次的失效機(jī)理在于銀紋化蠕變損傷及其演化。

最終宏觀上引起管材發(fā)生脆性破壞（如圖 1.3（d）所示）[17]。圖 1.3 聚乙烯晶態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖1.3 長(zhǎng)期靜液壓強(qiáng)度PE 管材作為一種黏彈性材料，其強(qiáng)度是關(guān)于時(shí)間的函數(shù)。一般而言，我們所做的短期力學(xué)試驗(yàn)只能得到當(dāng)前的力學(xué)性能參數(shù)，很難對(duì)在服役過程中管材的長(zhǎng)期力學(xué)性能及管道剩余壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，而長(zhǎng)期靜液壓強(qiáng)度為解決這個(gè)問題提供了可靠的方法。PE 壓力管道的耐靜液壓性能反映了管道長(zhǎng)期承受內(nèi)壓的能力，故對(duì)管材的壽命預(yù)測(cè)提供了依據(jù)。長(zhǎng)期靜液壓試驗(yàn)的目的是測(cè)試管材的長(zhǎng)期靜液壓強(qiáng)度（MRS），一般是以 20℃下 50 年壽命來定義長(zhǎng)期靜液壓強(qiáng)度，即溫度 T為 20℃，壽命達(dá)到 50 年的 97.5%置信下限時(shí)的平均環(huán)向應(yīng)力就是管材的長(zhǎng)期靜液壓強(qiáng)度，PE 管材的等級(jí)定義為 MRS 的 10 倍。如表 1.1 所示：表 1.1 PE 管材的等級(jí)命名[18]LPL范圍/MPa MRS(50y、20℃)/MPa 材料等級(jí)命名10.00~11.19 10 PE1008.00~9.99 8 PE806.30~7.99 6.3 PE634.00~4.99 4 PE403.15~3.99 3.2 PE32試驗(yàn)所得到的 MRS 值是 PE 管材安全設(shè)計(jì)和應(yīng)用的必要條件，按照 MRS 的定義

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[2]含缺陷燃?xì)饩垡蚁┕艿赖陌踩u(píng)定數(shù)值分析[D]. 左建東.北京交通大學(xué) 2017
[3]地基沉陷引起地下PE管道變形破壞的試驗(yàn)與分析[D]. 陳志磊.太原理工大學(xué) 2013
[4]典型復(fù)雜載荷條件下埋地聚乙烯管強(qiáng)度的數(shù)值模擬[D]. 馬津津.浙江大學(xué) 2013



本文編號(hào)：2942323