以塑代鋼符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需求,相比傳統(tǒng)的金屬管道,聚乙烯（PE）管道因具有耐化學腐蝕、易施工、易維護及使用壽命長等優(yōu)點,廣泛應用于供水、供燃氣和油氣輸送工程等國家重要生命線工程。PE燃氣管等壓力管道的設計壽命要求50年以上,在服役過程中,長期承受內(nèi)壓作用,慢速裂紋擴展（SCG）是其失效的主導機制,影響管道服役壽命;同時,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引發(fā)管道附加變形,甚至導致管道失效與破壞,從而危及人民的生命與財產(chǎn)安全。因此,對PE壓力管道材料耐SCG性能的正確評價和管道安全服役行為的有效評估具有重要的學術價值和工程指導意義。本文的主要研究內(nèi)容與結論如下:（1）PE管材的應變硬化模量測試與耐SCG性能評估。詳述了PE管材耐SCG性能加速評價的應變硬化模量法。依據(jù)國際標準ISO18488,制備4種PE100和1種PE100-RC級管材專用料的標準試樣,對試樣進行不同應變率下的恒溫拉伸測試,分析其應變硬化行為,得到應變硬化模量�；趹冇不Ａ繉ι鲜�5種PE管材進行耐SCG性能評估,并探討了溫度與拉伸速率對應變硬化模量的影響。結果表明,... 

【文章來源】：湘潭大學湖南省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學位級別】：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)絡狀結構，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，進而促使銀紋區(qū)的生長[12]。當銀紋區(qū)生長達到臨界條件時，銀紋微纖的相繼斷裂形成新的裂紋，裂尖穿過橋聯(lián)區(qū)向前擴展，如此重復的過程就構成了典型的 SCG 過程。PE 壓力管道的 SCG 過程實際上是裂尖銀紋引發(fā)→銀紋生長→微纖斷裂→裂紋擴展的不連續(xù)重復過程[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，細觀層次的失效機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)結構示意圖1.3 長期靜液壓強度PE 管材作為一種黏彈性材料，其強度是關于時間的函數(shù)。一般而言，我們所做的短期力學試驗只能得到當前的力學性能參數(shù)，很難對在服役過程中管材的長期力學性能及管道剩余壽命進行預測，而長期靜液壓強度為解決這個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期承受內(nèi)壓的能力，故對管材的壽命預測提供了依據(jù)。長期靜液壓試驗的目的是測試管材的長期靜液壓強度（MRS），一般是以 20℃下 50 年壽命來定義長期靜液壓強度，即溫度 T為 20℃，壽命達到 50 年的 97.5%置信下限時的平均環(huán)向應力就是管材的長期靜液壓強度，PE 管材的等級定義為 MRS 的 10 倍。如表 1.1 所示：表 1.1 PE 管材的等級命名[18]LPL范圍/MPa MRS(50y、20℃)/MPa 材料等級命名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試驗所得到的 MRS 值是 PE 管材安全設計和應用的必要條件，按照 MRS 的定義

【參考文獻】：
期刊論文
[1]應變硬化模量評價聚乙烯管材專用料SCG性能方法研究[J]. 朱天戈,楊化浩,武鵬,者東梅.  塑料工業(yè). 2018(05)
[2]基于應變硬化與微觀結構相關性的PE管材耐慢速裂紋擴展性能研究[J]. 陳國華,黃曉之,李茂東,楊波,王志剛,翟偉.  塑料工業(yè). 2018(05)
[3]地層沉陷過程中埋地高密度聚乙烯(HDPE)管道力學行為研究[J]. 周敏,杜延軍,王非,尤佺,董冬冬.  巖石力學與工程學報. 2017(S2)
[4]聚乙烯(PE)管材的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 鄧杰義,仇文輝.  廣東化工. 2017(13)
[5]PE燃氣管道力學失效模式分析[J]. 朱榮全,阮艷靈,秦立臣,秦亞輝.  化學工程與裝備. 2017(03)
[6]聚乙烯燃氣管道安全質(zhì)量控制與城市公共安全[J]. 李茂東,吳文棟,涂欣,林金梅.  化工設備與管道. 2013(04)
[7]應變率對混凝土動態(tài)強度性能影響的研究進展[J]. 劉鵬,關萍,王懷亮.  大連大學學報. 2009(06)
[8]高密度聚乙烯檢查井結構設計研究[J]. 趙遠清.  特種結構. 2008(01)
[9]聚乙烯(PE100)給水管材在工程上的應用[J]. 黎東升.  廣西城鎮(zhèn)建設. 2004(07)
[10]受載高聚物裂尖的損傷和銀紋化[J]. 羅文波,楊挺青.  力學學報. 2003(05)

碩士論文
[1]高等級聚乙烯管材料的結構與性能研究[D]. 查曉娟.華東理工大學 2018
[2]含缺陷燃氣聚乙烯管道的安全評定數(shù)值分析[D]. 左建東.北京交通大學 2017
[3]地基沉陷引起地下PE管道變形破壞的試驗與分析[D]. 陳志磊.太原理工大學 2013
[4]典型復雜載荷條件下埋地聚乙烯管強度的數(shù)值模擬[D]. 馬津津.浙江大學 2013



本文編號：2942323