聚乙烯管道慢速裂紋擴(kuò)展的粘彈性行為研究.pdf

1、由于聚乙烯管道有著金屬管道無可比擬的優(yōu)越性，目前已被廣泛的應(yīng)用于輸送燃?xì)忸I(lǐng)域。對于燃?xì)膺@種危險(xiǎn)的領(lǐng)域保證管道服役過程中的安全性以及延長管道的壽命顯得尤為重要。慢速裂紋擴(kuò)展(SCG)被認(rèn)為是造成聚乙烯管道失效，影響管道壽命最重要的隱患之一。焊接接頭以及管道安裝過程中的劃痕往往成為慢速裂紋擴(kuò)展的敏感區(qū)。而焊接和劃痕是工程中不可避免的，因此研究管道的SCG行為以及準(zhǔn)確預(yù)測管道壽命成為避免災(zāi)難性危害發(fā)生必要的手段。 本文通過合理的分析和

2、對比，為了在有效的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)可以得到明顯的SCG特征，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO16770選擇全切口蠕變拉伸實(shí)驗(yàn)(FNCT)。蠕變斷裂是慢速裂紋擴(kuò)展的微觀機(jī)制，因此本文首先根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO16770的實(shí)驗(yàn)溫度，進(jìn)行了無缺口的蠕變實(shí)驗(yàn)，確定了材料本身的蠕變性能。利用得到的蠕變實(shí)驗(yàn)參數(shù)，結(jié)合PENT的慢速裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)，根據(jù)粘彈性斷裂力學(xué)理論對焊接接頭和管材慢速裂紋擴(kuò)展的孕育期，即第一階段的銀紋損傷進(jìn)行了定性分析。利用裂尖局部能量判據(jù)求得了裂紋擴(kuò)展速率，驗(yàn)

3、證了焊縫的裂紋擴(kuò)展速率大于管材，并將實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)應(yīng)用到實(shí)際中，預(yù)測了管道的服役壽命。 FNCT實(shí)驗(yàn)表明，管材的SCG抗力遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于焊縫。焊縫切口尖端的起裂時(shí)間占整體斷裂時(shí)間的40％，對試樣的整體失效壽命起著決定性的作用。因此研究慢速裂紋擴(kuò)展初期的銀紋損傷及裂尖的粘彈性行為成為預(yù)測和判斷管道性能必須的部分。根據(jù)聚乙烯的粘彈性特征，即時(shí)間相關(guān)性和應(yīng)力相關(guān)性，本文采用粘彈性的冪律本構(gòu)關(guān)系模型對其SCG過程的初期蠕變行為進(jìn)行數(shù)值模擬。通