【摘要】： 塑料壓力管道長期使用性能的研究和預(yù)測對于確定管件的檢修時(shí)間和防止事故的發(fā)生具有非常重要的意義。然而，由于傳統(tǒng)的塑料管道壽命分析方法幾乎都只考慮了管道在產(chǎn)生宏觀裂紋后的裂紋擴(kuò)展過程而未涉及到管道的微觀損傷演變過程，因此其預(yù)測結(jié)果與管道的實(shí)際情況相比具有一定誤差。針對于此，本文利用損傷力學(xué)理論建立起塑料壓力管道在真實(shí)應(yīng)力下的物理模型，不僅同時(shí)考慮到了蠕變載荷和疲勞載荷對管道的作用，而且彌補(bǔ)了傳統(tǒng)斷裂力學(xué)理論中忽略了微觀裂紋增長及損傷累積過程的缺陷，使得模型更加接近于真實(shí)情況，并利用VB語言編制了相應(yīng)的預(yù)測軟件，為塑料壓力管道長期性能的研究和預(yù)測提供了一種新方法。 本文利用高分子材料學(xué)、損傷力學(xué)、材料力學(xué)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等基本理論，建立起高分子材料在蠕變和疲勞載荷長期加載過程中損傷演變的數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用數(shù)值方法對其進(jìn)行分析計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)對塑料壓力管道長期性能的預(yù)測和壽命分析。本方法只需通過快捷的拉伸實(shí)驗(yàn)得到材料的各損傷參數(shù)并代入基于損傷力學(xué)的模型中進(jìn)行分析模擬，即可對材料的長期使用性能進(jìn)行模擬并可對其失效壽命進(jìn)行預(yù)測，從而使只通過簡潔的實(shí)驗(yàn)即可獲得材料的長期力學(xué)性能成為可能，并使對高分子材料長期性能的認(rèn)識，從宏觀進(jìn)入微觀、從定性進(jìn)入定量、從靜態(tài)進(jìn)入動態(tài)，為預(yù)測塑料壓力管道的服役壽命和檢修年限提供了科學(xué)依據(jù)及分析手段�？偨Y(jié)如下： 1．根據(jù)損傷力學(xué)原理，對高分子材料在疲勞載荷和蠕變載荷加載下的損傷演變過程進(jìn)行分析，得到各情況下的本構(gòu)方程，從而分別推導(dǎo)出相應(yīng)受力狀態(tài)下的損傷演變方程； 2．對疲勞和蠕變兩種加載形式下的損傷過程進(jìn)行深入分析，建立了相應(yīng)的物理模型和數(shù)學(xué)模型，使用Visual Basic語言編寫出關(guān)于各自力學(xué)參數(shù)演變的可視化程序； 3．由于高分子材料的一些物性參數(shù)具有很高的溫度依賴性，因此利用DMA方法分析得到材料在各溫度下的力學(xué)參數(shù)，從而可計(jì)算得到其它與溫度相關(guān)的材料參數(shù)。此外，由于進(jìn)行損傷力學(xué)計(jì)算還需要得到材料的損傷參數(shù)，因此利用萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)對試樣進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，并通過對其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整合處理，識別得到材料在常溫下的相關(guān)損傷參數(shù)； 4．對聚丙烯材料進(jìn)行了基于蠕變損傷模型的數(shù)值模擬，對材料的蠕變失效破壞過程進(jìn)行了模擬分析，對其服役壽命進(jìn)行了預(yù)測，并將模擬結(jié)果與DMA實(shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相驗(yàn)證，證明通過此預(yù)測方法得到的蠕變數(shù)據(jù)可靠性較高； 5．對聚丙烯和高密度聚乙烯材料進(jìn)行了基于疲勞損傷模型的數(shù)值模擬，對材料的疲勞失效破壞過程進(jìn)行了模擬分析和壽命預(yù)測，并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相驗(yàn)證，通過比較證明此預(yù)測方法得到的疲勞數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確； 6．針對于塑料壓力管在使用過程中所承受的真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)，對疲勞和蠕變兩種損傷形式進(jìn)行耦合分析，建立了相應(yīng)的物理模型和數(shù)學(xué)模型，使用Visual Basic語言編寫出其力學(xué)參數(shù)演變的可視化程序。明確直觀的模擬了塑料壓力管道在實(shí)際使用過程中長期力學(xué)性能的演變過程，并可根據(jù)具體的材料、應(yīng)力、溫度等條件對其服役壽命進(jìn)行預(yù)測； 7．對塑料壓力管道的真實(shí)受力狀態(tài)進(jìn)行建模分析，并對管徑為100mm的PE100級燃?xì)夤艿涝谡鎸?shí)應(yīng)力狀態(tài)下的損傷過程進(jìn)行了分析模擬，證明了疲勞載荷對管道壽命具有較大影響，并對本領(lǐng)域的未來發(fā)展方向進(jìn)行了預(yù)測。
【學(xué)位授予單位】：四川大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TH49
【圖文】：

軟件界面友好、面向?qū)ο笮詮?qiáng)、使用簡便，可以對塑料制件在長期蠕變載荷下的損傷演變及其相關(guān)力學(xué)行為進(jìn)行預(yù)測。本課題中所編寫的蠕變損傷預(yù)測程序界面如圖4一1所示:占占�！�.叫 ---翔側(cè) 側(cè)二圈洲.申..‘.， ， 111.1.腸l弓 000lll{{{口口:.口.翻洲 0000...///電電藝…， OOO0.‘ ‘ 聲 聲SSS心抽目， 0000444_一 一...臼門翻 ..0000注 注 襯 .~~~ ttt...二 ..000..口，口助， ---.一 一...翻....妞 OOO0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000皿皿

計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對聚合物材料壽命和損傷演變過程的分析預(yù)測，此軟件界面友好、操作簡便，可以對塑料制件在長期疲勞載荷下的損傷演變及其相關(guān)力學(xué)行為進(jìn)行預(yù)測。本課題中所編寫的高周疲勞損傷預(yù)測程序的界面如圖4一3所示。、、‘穴加長艘眼鄉(xiāng)檔獷護(hù)、------一l任鑒盡于.一協(xié)一州、「，六五仆鑒弓生一幾竺撰飾__’一兮琦叮1又一弋 弋……臀士扮德獷 獷一 一幾.-、，儀、:、 、叫 叫萬布‘一點(diǎn) 點(diǎn) ...腸畜 ~~~甘 甘一成面~二 二。 。。}一 一一一一之六伙”.—，不卜二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二廳廳不不一_， ，釗胭拍傷口.材側(cè).胡協(xié)勿.哪月.叫峨岌.門 門、、皿弓弓目.翻1弓n口已皿叫刃:.毛，‘U、認(rèn).…日.‘，......

基于上述模型，使用 VisualBasic語言編寫了此蠕變損傷問題的應(yīng)用程序，此軟件可以對聚合物材料在蠕變疲勞載荷下的損傷演變行為進(jìn)行預(yù)測。本蠕變疲勞損傷預(yù)測程序的界面如圖4一6所示:呂 呂:搜 搜 ....1任 ...二二 二 OOOOOO呂呂t側(cè)..翻.悶口 口亡亡民目..臼叫口 口】】么.)口.卜曰 曰...皿二日口.門口 口...目.日目口 口...皿們川曰口 ....下下Ll口胭側(cè)卜口 口...住七口口.川臼 臼...，月月.出.月 ...功功，口..困.嘴口 口...1目翻.困 困二二勻.口.，門嘴口 口...J盆側(cè)口翻.嘴口 口...‘弓翻口日..川日 日...‘二目國目明閱硯 硯腸腸‘口.曰.，翻 翻...，瓜叮硯臼，.悶口口招招轟捌招招 招幼幼爪.朋日翻.閱口 口...翻‘.目口..州日 日口口…門..川口 口ttt，，翻翻日.口川口口呂呂干書男器、 、圖4一6蠕變疲勞損傷程序界面本軟件的結(jié)構(gòu)組成和模塊功能如圖4一7所示。

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 李明陽;埋地PE燃?xì)夤艿朗C(jī)理的力學(xué)研究[D];華南理工大學(xué);2010年

2 王金鳳;橢圓體缺陷PE燃?xì)夤艿朗軠囟扔绊懙牧W(xué)特性研究[D];西南石油大學(xué);2012年

本文編號：2751185