PE100管裂紋擴(kuò)展行為研究及壽命預(yù)測(cè)

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1、分類(lèi)號(hào):密級(jí):____________________UDC:編號(hào):____________________河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文PE100管裂紋擴(kuò)展行為研究及壽命預(yù)測(cè)論文作者:李海靜學(xué)生類(lèi)別:全日制學(xué)科門(mén)類(lèi):工學(xué)學(xué)科專(zhuān)業(yè):化工過(guò)程機(jī)械指導(dǎo)教師:高炳軍職稱(chēng):教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemicalProcessEquipmentCRACKGROWTHBEHAVIOERSTUDYANDLIFETIMEASSESSMENTOFPE10

2、0PIPESByLiHaijingSupervisor:Prof.GaoBingjunMay2016摘要自20世紀(jì)50年代開(kāi)始,聚乙烯(PE)壓力管道憑借其良好性能在燃?xì)廨斔?、給水、排污、農(nóng)業(yè)灌溉、礦山沙漿輸送以及油田、化工等管道工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,這便要求PE管道在使用中具有足夠的安全性和使用壽命。蠕變裂紋增長(zhǎng)(CCG)亦稱(chēng)慢速裂紋增長(zhǎng)(SCG)失效被認(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。實(shí)際使用中,PE管常采用電熔和熱熔連接,焊接接頭缺陷和管道安裝過(guò)程中的劃痕成為裂紋萌生及擴(kuò)展的敏感區(qū),并對(duì)管道在一定期限內(nèi)的安全使用造成嚴(yán)重

3、影響。因此深入了解PE材料母材及其焊接區(qū)域的裂紋擴(kuò)展行為對(duì)保證PE管的安全使用至關(guān)重要。本文根據(jù)GB/T8804-2003對(duì)PE100材料的母材及焊接區(qū)進(jìn)行拉伸試驗(yàn),測(cè)定了材料兩區(qū)域的的屈服應(yīng)力σy、斷裂伸長(zhǎng)率Δ和彈性模量E,并分析了焊接對(duì)材料這些性質(zhì)的影響。試驗(yàn)表明,焊接對(duì)PE100材料的屈服應(yīng)力和彈性模量E影響較小,但焊接區(qū)塑性變形能力比母材區(qū)差,其斷裂伸長(zhǎng)率大約是母材區(qū)的17.03%。根據(jù)ISO18489-2015標(biāo)準(zhǔn),采用預(yù)制裂紋圓棒(CRB)試驗(yàn)法,在不同應(yīng)力比R及初始應(yīng)力強(qiáng)度因子Kmax下,對(duì)材料母材區(qū)及焊接區(qū)進(jìn)行疲勞試驗(yàn),測(cè)定了不同載荷

4、參數(shù)及焊接對(duì)其裂紋擴(kuò)展的影響。基于CRB試驗(yàn)外推預(yù)測(cè)材料母材區(qū)及焊接區(qū)的蠕變壽命,外推結(jié)果表明,在規(guī)定使用年限50年內(nèi),PE100母材區(qū)允許的最大初始缺陷值為K0.50.5max=0.60MPam,焊接區(qū)為Kmax=0.56MPam,焊接區(qū)比母材區(qū)小約6.7%;相同初始缺陷值Kmax下,蠕變壽命焊接區(qū)比母材區(qū)降低約37.71%~48.19%。借助掃描電鏡(SEM)觀察斷面形貌,對(duì)比分析焊接對(duì)材料抗裂紋擴(kuò)展能力的影響,并指出造成母材區(qū)和焊接區(qū)壽命差異的原因。分析表明,焊接引入了微孔洞和微球晶缺陷,并使材料纖維堅(jiān)韌程度降低,導(dǎo)致焊接區(qū)抗裂性能下降。關(guān)鍵詞

5、:PE100,焊接影響,CRB,疲勞裂紋擴(kuò)展,蠕變壽命預(yù)測(cè),SEM斷面分析IIABSTRACTSince1950s,pressurizedpolyethylene(PE)pipeshasbeenwidelyappliedintogasandwatersupply,drainage,irrigation,minesmortarconveying,oilandchemicalpipingsystemduetoitsgoodperformanceinthesefields.Thussafetyandenoughservinglifebecomeveryim

6、portantcharactersofPEpipes.MostofPEpipesaredamagedbyCreepCrackGrowth(CCG),alsocalledSlowCrackGrowth(SCG).Inpractical,weldingprocessisemployedfrequently,makingtheweldingjointsandsurfacescratchesbecomethemostdangerousareaofcrackinitiationandcrackgrowth,andputunnegligibledegradati

7、ononPEpipesservinglife.SoitisessentialtohavedetailedstudyincrackgrowthbehaviorofparentandweldedPEpipes.AccordingtoGB/T8804-2003,tensiletestwereappliedonparentandweldedPE100todeterminetheyieldstressσy,elongationatbreakΔandelasticmodulusEofthematerial,andtheweldingeffectalsobedis

8、cussed.TestsshowthatweldinghaslittleinfluenceonσyandE,

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