聚乙烯管材准脆性断裂力学行为的数值模拟

发布时间：2025-05-20 00:10

　　随着化工技术革新,聚乙烯(PE)管材的性能不断提高并适用于更严苛的工作环境,促使PE压力管道在给排水及天然气输送等实际工程中得以广泛的应用。PE压力管道的工况大多处于中等应力水平,其主导失效模式是准脆性失效,对应的失效机理是慢速裂纹扩展(SCG)。PE管材准脆性断裂力学行为的研究对确保PE压力管道的使用安全性具有重要意义。目前鲜有可靠的模型用以预测不同应力水平下PE压力管道的延迟失效规律与管道蠕变寿命,尤其是对非连续SCG的理论与数值模拟的研究还处于起步阶段。因此,关于非连续SCG过程数值模拟的研究具有重要的应用价值和科学意义。本文基于目前研究现状试图提出了一种改进的裂尖过程区模型,用于模拟PE管材的非连续型SCG过程,研究内容和主要结果概述如下:(1)提出了一种考虑银纹损伤的裂尖过程区模型用于模拟PE管材的非连续型SCG过程。该过程区模型考虑了PE管材裂尖应力集中所产生的银纹损伤,基于银纹本体材料界面活性层的微颈缩机理,提出界面活性层的应力均匀分布的假设,并采用线性裂纹扩展动力学方程。为表征PE管材断裂过程中的延迟特性,考虑银纹微纤的断裂表面能与时间呈指数衰减变化,断裂表面能的时间相关...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1压力管道的失效模式与应力-寿命曲线示意图

湘潭大学硕士学位论文1第1章引言1.1研究背景及意义聚乙烯（PE）等塑料管道的使用已有60余年，被广泛应用于燃气输送工程及给排水工程中。近十年，我国塑料管道产量持续保持着增长趋势。由“十二·五”报告可知，2015年国内塑料管道产量约1380万吨。“十三·五”期间其生产增速稳定在3....

图1.2SCG过程示意图

び朐龊瘢ㄍ?.2(c)）；当银纹区生长达到临界条件时，银纹微纤相继断裂形成新的裂纹，且裂尖穿过桥联区向前扩展。而当裂尖前方达到银纹萌生的临界条件时，新的银纹区将会形成（图1.2(d)）。如此重复的(a)→(d)过程就构成了典型的SCG过程。裂尖银纹区是一种具有损伤的衰坏区，也称为....

图2.1PE管材在60℃条件下的蠕变试验中裂纹扩展的扫描电镜图[5]（a.过程区(18×);b.银纹区内未断裂的微纤(100×);c.银纹区内高度取向化的微纤(1000×)）

9第2章裂尖过程区模型及相关理论2.1SCG过程中银纹区形成机理及其细观结构银纹化是非晶玻璃态聚合物及部分半结晶聚合物独有的损伤现象，银纹化的过程主要包括材料的空蚀与微纤的形成[58]。图2.1是60℃下PE管材蠕变试验中所观测到的裂尖银纹区的扫描电镜图[5]，可见，在裂尖前端存....

图2.2活性层内由微颈缩形成银纹微纤的示意图

湘潭大学硕士学位论文10因此，可认为界面活性层的银纹应力与宏观颈缩发展过程的冷拉应力相当。随着银纹增厚生长，其空蚀引发的损伤增加，当银纹的厚度与长度达到临界值时，裂尖附近的银纹微纤断裂，引起裂纹扩展，如图2.1(a)所示。图2.2活性层内由微颈缩形成银纹微纤的示意图2.2裂尖过程....

本文编号：4046539