聚乙烯管道慢速裂紋擴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，目前已被廣泛的應用于輸送燃氣領域。對于燃氣這種危險的領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。慢速裂紋擴展(SCG)被認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行為以及準確預測管道壽命成為避免災難性危害發(fā)生必要的手段。 本文通過合理的分析和

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

3、證了焊縫的裂紋擴展速率大于管材，并將實驗的數(shù)據(jù)應用到實際中，預測了管道的服役壽命。 FNCT實驗表明，管材的SCG抗力遠遠的大于焊縫。焊縫切口尖端的起裂時間占整體斷裂時間的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展初期的銀紋損傷及裂尖的粘彈性行為成為預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，即時間相關性和應力相關性，本文采用粘彈性的冪律本構關系模型對其SCG過程的初期蠕變行為進行數(shù)值模擬。通