聚乙烯压力管道裂纹快速扩展性和止裂性研究进展.pdf

第 23 卷 　第 4 期 焊 接 学 报 Vol . 23 　　No . 4 2 0 0 2 年 8 月 TRAN SAC T ION S O F THE CH INA W ELD IN G IN ST I TU T ION August　　2 0 0 2 聚乙烯压力管道裂纹快速扩展性及止裂性研究进展 　　　　　　　　　　刘厚俊 , 　张玉凤 , 　霍立兴 ( ) 　　　　　　　　　　 天津大学 材料科学与工程学院 , 天津 　300072 ( ) 摘 　要 : 许多工程问题是由于流 气 体压力导致了结构开裂 ,裂纹会迅速扩展或者止 ( ) 裂 ,这被认为是断裂动力学最前沿的研究领域 。在这篇文章中介绍了聚乙烯 PE 管材 抗快速裂纹扩展评价方法的研究进展 ,简述了正在完善的标准方法的试验原理和试验 装置 ,对我国在此领域的研究工作提出了建议 。陈述了一些与快速扩展及其止裂相关 的动态断裂问题 ,并将有限元编码方面的一些发展用来模拟断裂管道行为 ,另外对采用 节点力释放法和能量平衡法计算裂纹驱动力的数学方法也做了描述 。 关键词 : 快速裂纹扩展 ; 塑料管道 ; 临界压强 ; 止裂 ( ) 中图分类号 : T G44 1. 7 　文献标识码 : A 　文章编号 : 0253 - 360X 2002 04 - 87 - 04 刘厚俊 0 　序 　　言 一次开裂超过 700 m 。由此可见 ,在天然气管道上避 免这种事故极为重要 。 高强度聚乙烯管道是 目前应用最多的管道 , 它 快速开裂的危险是客观存在的 ,后果是灾难性 与传统金属相比,具有质轻 、比强度高 、比刚度高 、耐 的 ,英国科学家和工程界对此有深刻的认识 。英国 磨 、耐蚀 、绝缘 、复合能力强等特点 ,在生产与使用方 天然气公司建有一座塑料管道快速开裂全尺寸试验 面均可以节约大量能源 。在世界经济发达国家中 , 装置 ,从 20 世纪 70 年代起 ,依据该试验装置得到的 塑料管道已经广泛应用于住宅建筑 、工程建筑 、农业 结果 ,给塑料管道颁发许可证和规定管网运行压力 , 与工业生产领域 , 目前美国的高强度聚乙烯煤气和 从根本上保证了英国塑料天然气管道的安全 。决定 天然气管道普及率为 100 % , 英 国、丹麦也达到了 天然气管道运行压力的关键不是蠕变开裂长期强 92 %[ 1 ] ,因此有着巨大的潜在市场 。但 由于工程塑 度 ,而是抵抗快速开裂的能力 。为了防范塑料压力 料的韧塑性差 ,很容易产生脆性破坏 。而且它带有 管道快速开裂的危险 ,20 世纪 70 年代的英国塑料管 突发性的特点 ,难以预防 ,一旦起裂 ,裂纹便沿管长 道运行压力仅为 0 . 2 M Pa 。到 20 世纪 80 年代 ,随着 方向快速扩展并沿厚度方向增大而造成开裂失效 , 塑料抵抗快速开裂能力的提高 ,运行压力提高到 0 . 3 从而引发一系列的灾难事故 , 因此对此类管道的裂 M Pa 。在 20 世纪 80 年代后期 ,英国石油公司成功开 纹扩展性研究就显得尤为重要 。 发出具有优异抵抗快速开裂能力的“第三代高密度