聚乙烯管道的蠕变寿命分析
发布时间：2021-06-06 16:15
聚乙烯（PE）材料力学性能优异,在当今社会中发挥重要作用,PE管道广泛应用于天然气、石油、供水和排污等工程。PE压力管道的失效机理和失效时间与其所受应力大小以及环境介质密切相关。依据使用环向应力的大小,聚乙烯管道的长期失效模式可以分为三个部分,当应力较高时,其失效通常因局部屈服并开裂而发生韧性破坏;在中等应力作用下,管道经历裂纹形核与慢速扩展过程而发生准脆性失效;在低应力作用下,管道寿命长达50年以上,管道因输运介质的长期腐蚀与材料老化导致性能劣化而失效,其失效时间与应力作用大小无显著相关性。对实际服役条件下的PE压力管道而言,慢速裂纹扩展（SCG）是其主要失效机制,SCG过程在管道蠕变失效时间中所占比例很大,因此研究PE管道的SCG行为具有十分重要的科学意义和应用价值。本文从PE材料的基础力学性能出发,通过理论和试验结合的方法,对PE压力管道进行蠕变寿命评估,主要研究内容如下:（1）试验样品制备。考虑工程实际,本文研究工作所选用的试件都是从管道上取材,通过机械刀具加工而成型,未经挤压和加热,测试所得力学性能参数与工程实际较为接近。（2）PE管材的基础力学性能研究。使用自行制取的PE试...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?ＰＥ管材安装??［９￣１Ｇ】
一步发展具有较强的阻力，从而影响材料的最终破坏速率。随着时间的增长，银纹内的??纤维发生蠕变断裂产生裂纹，继而在裂纹尖端产生新的银纹，以上过程反复发生，使得??裂纹得到推进，ＳＣＧ由此产生，如图１．４所示。考虑裂尖银纹损伤演化的裂纹扩展问题??是近二十年来的研宄热点｜２Ｗ２１，如何描述银纹的引发条件、银纹区长度和厚度的演化规??律以及银纹区内的应力分布，是研究银纹区生长的核心问题［３＞３５１。由于聚合物材料的黏??弹特性％３６］，其细观层次的银纹化过程和宏观层次的裂纹扩展均与时间相关，聚合物压??力管道的失效是流变损伤与断裂的结果｜２１，３３，３５，３７，３８］。??３??
１０１?１０２?１０３?１?０４?１０ｓ?１０６?１０’??失效寿命／ｈ??图１．３?ＰＥ压力管道失效模式??当给ＰＥ—个远低于屈服应力的恒定载荷时，经过较长的时间，可以观测到ＳＣＧ引??发的准脆性破坏。裂纹的增长首先需要一个垂直于裂纹方向，且足够大的拉伸应力作为??驱动力，经过长年累月的损伤积累而发生断裂［２７］。ＳＣＧ原因主要有以下几个方面：由??于生产工艺的缺陷以及运输、安装过程中的摩擦刮碰，使得材料中出现了划痕，缺口或??者微裂纹，这就产生了初始裂纹，由于材料受载产生的应力集中使其发展成为微观孔洞；??这些微观孔洞通过结构变形逐渐发展成为较大的孔洞；这些孔洞间的材料被高程度的拔??出形成高度取向的微纤结构。以上过程即银纹的产生过程。银纹是由锻纹面、高度取向??的银纹微纤及微纤间的空洞组成的网络状结构，银纹化是高分子材料特有的损伤现象，??是一种材料空洞化和微纤化并存的过程｜２８］。这些纤维具有较高的固有强度，对银纹的进??一步发展具有较强的阻力
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚乙烯管材耐慢速裂纹增长性能的加速评价方法研究进展[J]. 王志刚,杨波,李茂东,林金梅,李仕平,翟伟. 中国塑料. 2017(07)
[2]聚乙烯（PE）管材的应用现状及发展趋势[J]. 邓杰义,仇文辉. 广东化工. 2017(13)
[3]燃气PE管道安全状况等级评定初探[J]. 孟晓丽,郭岩宝,孟涛,王德国,刘柯,陈秋雄. 压力容器. 2017(05)
[4]城镇燃气埋地聚乙烯管道重大危险源评估技术研究[J]. 王蕊,刘晴阳. 中国石油石化. 2017(05)
[5]PE材料裂纹扩展行为分析及蠕变寿命预测[J]. 李海静,高炳军,董俊华,张建国,富阳. 塑料. 2017(01)
[6]聚乙烯管材的国内外发展及应用[J]. 赖志红. 科学中国人. 2016(18)
[7]聚乙烯燃气管道失效模式研究进展[J]. 辛明亮,李茂东,张术宽,杨波,林金梅. 中国塑料. 2015(03)
[8]国内外聚乙烯管材专用料的现状及分析[J]. 苏家凯,崔万江,沈健. 塑料制造. 2010(07)
[9]流变材料长期力学性能加速表征的若干进展[J]. 罗文波,唐欣,谭江华,赵荣国. 材料导报. 2007(07)
[10]玻璃态高分子材料银纹力学研究进展[J]. 王铁军,尹征南,王建国. 力学进展. 2007(01)
博士论文
[1]固态高聚物的流变损伤与长期力学性能加速表征[D]. 刘秀.湘潭大学 2015
硕士论文
[1]含缺陷燃气聚乙烯管道的安全评定数值分析[D]. 左建东.北京交通大学 2017
[2]PE100聚乙烯管材料的结构与性能研究[D]. 朱啸.华东理工大学 2013
[3]聚乙烯管道慢速裂纹扩展的粘弹性行为研究[D]. 杨娜娜.天津大学 2008
本文编号：3214726
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?ＰＥ管材安装??［９￣１Ｇ】
一步发展具有较强的阻力，从而影响材料的最终破坏速率。随着时间的增长，银纹内的??纤维发生蠕变断裂产生裂纹，继而在裂纹尖端产生新的银纹，以上过程反复发生，使得??裂纹得到推进，ＳＣＧ由此产生，如图１．４所示。考虑裂尖银纹损伤演化的裂纹扩展问题??是近二十年来的研宄热点｜２Ｗ２１，如何描述银纹的引发条件、银纹区长度和厚度的演化规??律以及银纹区内的应力分布，是研究银纹区生长的核心问题［３＞３５１。由于聚合物材料的黏??弹特性％３６］，其细观层次的银纹化过程和宏观层次的裂纹扩展均与时间相关，聚合物压??力管道的失效是流变损伤与断裂的结果｜２１，３３，３５，３７，３８］。??３??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]聚乙烯管材耐慢速裂纹增长性能的加速评价方法研究进展[J]. 王志刚,杨波,李茂东,林金梅,李仕平,翟伟. 中国塑料. 2017(07)
[2]聚乙烯（PE）管材的应用现状及发展趋势[J]. 邓杰义,仇文辉. 广东化工. 2017(13)
[3]燃气PE管道安全状况等级评定初探[J]. 孟晓丽,郭岩宝,孟涛,王德国,刘柯,陈秋雄. 压力容器. 2017(05)
[4]城镇燃气埋地聚乙烯管道重大危险源评估技术研究[J]. 王蕊,刘晴阳. 中国石油石化. 2017(05)
[5]PE材料裂纹扩展行为分析及蠕变寿命预测[J]. 李海静,高炳军,董俊华,张建国,富阳. 塑料. 2017(01)
[6]聚乙烯管材的国内外发展及应用[J]. 赖志红. 科学中国人. 2016(18)
[7]聚乙烯燃气管道失效模式研究进展[J]. 辛明亮,李茂东,张术宽,杨波,林金梅. 中国塑料. 2015(03)
[8]国内外聚乙烯管材专用料的现状及分析[J]. 苏家凯,崔万江,沈健. 塑料制造. 2010(07)
[9]流变材料长期力学性能加速表征的若干进展[J]. 罗文波,唐欣,谭江华,赵荣国. 材料导报. 2007(07)
[10]玻璃态高分子材料银纹力学研究进展[J]. 王铁军,尹征南,王建国. 力学进展. 2007(01)
博士论文
[1]固态高聚物的流变损伤与长期力学性能加速表征[D]. 刘秀.湘潭大学 2015
硕士论文
[1]含缺陷燃气聚乙烯管道的安全评定数值分析[D]. 左建东.北京交通大学 2017
[2]PE100聚乙烯管材料的结构与性能研究[D]. 朱啸.华东理工大学 2013
[3]聚乙烯管道慢速裂纹扩展的粘弹性行为研究[D]. 杨娜娜.天津大学 2008
本文编号：3214726
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