聚乙烯管韧性失效寿命预测方法研究

摘要

目前，我国正大力推进城镇化进程，燃气作为城镇居民的主要消费能源之一，需求量正逐年上升。聚乙烯管道因具有其良好的耐腐蚀性能、优越的机械力学性能、优良的焊接性能和较长的使用寿命，在城镇燃气输送领域得到广泛应用。聚乙烯管在静液压作用下有三种失效模式：蠕变韧性破坏，慢速裂纹脆性破坏，材料劣化破坏。随着聚乙烯牌号的不断升级以及耐慢速裂纹扩展性能的增加，韧性破坏已成为聚乙烯燃气管最大的隐患之一。因此，系统地开展研究聚乙烯管韧性寿命预测方法研究具有重要指导意义。
　　 本文在国家“十二五”科技支撑计划项目“基于风险的特种设备事故预防关键技术研究”(2011BAK06801)和国家高技术研究发展计划(863计划)重点项目课题“极端条件下重大承压设备风险评价与寿命预测关键技术研究”(2009AA044801)的支持下，对聚乙烯管力学性能系统研究提出了韧性破坏寿命预测方法，主要研究内容如下：
　　 (1)聚乙烯管力学性能研究。充分考虑标准试验试样制备、设备参数设置、温度调节等细节，对聚乙烯管试样进行等速率拉伸、蠕变、松弛试验，通过合理的试验处理得到真实应力应变曲线以及力学性能参数。
　　 (2)聚乙烯管本构模型以及模型参数验证。选用合理的本构模型来体现聚乙烯管的率相关性，同时从不同应变率拉伸试验数据得到本构模型的参数以及对应的参数模型，通过松弛试验结果来验证参数模型的合理性以及通过相应的蠕变试验来检验选用的本构模型预测蠕变的准确度。
　　 (3)提出聚乙烯管韧性破坏寿命预测方法。通过提出聚乙烯管寿命预测的基本假设，从管材的粘弹性分析模型得到在内压作用下，聚乙烯管材的蠕变导致其环向应力应变的变化规律，根据聚乙烯管材的韧性失效准则，得到内压载荷与韧性破坏寿命关系，并与文献中试验结果进行对比。