详谈超高分子量聚乙烯管道外压问题与国内外技术分析

由于超高分子量聚乙烯管道复合管每层紧密结合无滑移，通过“partion”命令将管道分为四层(内层、外层及两复合层)。由于管道受均匀对称外压，属平面应变问题，同时为了和理论做比较，取管道长度20mm。有限元模型中内层外层和基体层单元类型为C3D8I，该单元很适用于严重扭曲现象，位移计算结果较为精确并且计算成本较小。螺旋线钢丝使用ts单元，单元类型T3D2H，采用“Embedde．mand”命令将钢丝线嵌入基体层内以保证钢丝无滑移。用耦合约束命令将模型左端面与定义的参考点耦合；同时在右端面施加对称边界约束，以实现外压作用下的正确边界条件。对于径厚比较小的复合管道，在外压作用下往往会发生椭圆形失稳变形，因此在管道一端的上下两点约束其水平位移，左右两点约束其竖向位移，以保证管道产生纯椭圆变形。模型中的材料性能与理论相同。 超高分子量聚乙烯管道PSP内外层为高密度聚乙烯，加强层为以一定角度正反错绕成型的钢丝网状骨架与由热塑性材料构成的基体紧密结合构成的复合结构。由于材质原因，PSP管在外压作用下更容易出现屈曲失稳问题。朱彦聪等?依据Donnell的扁壳理论求解PSP管在外压下的弹性屈曲荷载。Adomandi等对管中管结构在静水压力作用下的弹性屈曲进行了理论和有限元研究，在有限元模型中设定层与层的接触为 粘结无滑移，而对于有滑移的非粘结层通过两点约束来实现。他们又通过大量的有限元计算来分析复合管外压的承载能力，并在此基础上提出了适合于复合管在外压作用下的简化公式。BaiYong等基于二维环理论，并考虑剪切变形的影响，研究纤维增强管道管道初始椭圆化对外压失稳的影响。龚顺风等基于非线性环理论，研究了深水管道在外压作用下的失稳屈曲理论。 基于BaiYong等的二维壳模型，考虑超高分子量聚乙烯管道受外压时的剪切变形，并结合Halpin—Tsai模型对加强层进行简化，对管道进行外压力学性能分析，采用ABA建立有限元模型，将计算结果与理论进行分析对比。 通过试验得到压力峰值，并与理论，有限元对比，发现三者吻合良好。

怎样选择合适的超高分子量聚乙烯管

超高分子量聚乙烯管之所以在各行业有着广泛的应用，其决定因素是有着独特的性能和特点，使它在诸多管材中脱颖而出，倍受各行业青睐。 超高分子量聚乙烯管耐磨、耐冲击、耐腐蚀、自润滑、卫生无毒、不吸水、不粘附、不结垢、噪声小、轻便等优点外，还具有优异的抗内压能力、耐环境应力开裂性极优，并具有优异的抵抗快速开裂能力，同时具有独特的耐低温、冲击韧性，其原因在于超高分子量聚乙烯(UHMW----PE)的分子质量高达200万以上，其分子质量越高，分子链越长，晶片间的系带分子数越多，耐环境开裂性愈好。 同时由于分子链的运动困难，不易生成大的球晶和形成好的序态，表面能就越大，破裂强度也就越高。其较高的重均分子量也是保证较高的抵抗快速能力的关键因素。 1、超高分子量聚乙烯管的分子量为250万时，在反复冲击后表面强度更高.随着分子量的增加，抗冲击性能越高，因此分子量越高越好。如果实际工况中对管材的抗冲击性能要求较高时，要选择分子量高的超高分子量聚乙烯管。 2、超高分子量聚乙烯管的耐磨性能极好，而且分子量越高，耐磨性能越好。超高分子量聚乙烯管，是典型的“以柔克刚”，其耐磨性能突出表现在输送浆体物料，加矿浆、砂浆、灰浆、泥浆、尾砂、海水等。超高分子量聚乙烯管硬度不够高，因此不适合输送含有尖颗粒的物料，很容易被利物划伤。 3、超高分子量聚乙烯管的力学性能不高，不能承受高压，因此如果工况中压力较高时，好还是选择超高分子量聚乙烯管，就是钢管和超高分子量聚乙烯管复合而成的超高分子量聚乙烯管。 4、超高分子量聚乙烯管耐酸、耐碱、耐盐及有机介质，是所有塑料管中耐腐蚀的一种管材。在腐蚀溶液中浸溃，无任何表面反常现象，其他物理性能几乎没有变化。但不能输送甲苯和二氯化乙烯。 5、超高分子量聚乙烯管具有不粘性和憎水性。因此不能象PVC等塑料管那样可以粘接或热熔，只能采用法兰连接或者专用的焊接方法焊接。 6、超高分子量聚乙烯管材在-269℃仍具有延展性，突出表现了其耐低温性能的特点，但耐高温性能不好，一般使用温度为60℃，超高分子量聚乙烯管使用温度可达到80℃。