超高分子量聚乙烯管道长年真空失稳问题浅析

把工业废水回用水管道两端按近似密闭状态计算，工业废水回用水超高分子量聚乙烯管道系统 水平段在水栗停止运行后产生的临界压力是0.0815MPa,该值略小于表1对应管径的持久临界压力(0.10MPa)管道在此情况下出现失稳变形的原因主要是表1计算选取的管道壁厚为10.5mm，该工程采用的管道壁厚为9.5mm，在不考虑钢丝直径、根数差异的前提下计算，后者失稳临界压力相当于前者的74%(0.074MPa)，略小于出现失稳变形的临界压力。 超高分子量聚乙烯管道失稳临界压力与弹性模量一次乘幂、壁厚三次乘幂成正比，与半径三次乘幂成反比。因此对相同公称压力的管材，失稳临界压力随着直径增大而减小；对相同公称压力的复合管和塑料管，考虑骨架的增强作用，复合管壁厚一般要小于同种材质的塑料管，因此临界压力也会小于塑料管的临界压力。复合管壁厚只有塑料电熔管件壁厚(公称压力3.5MPa)的1/4~1/2,这也是管道出现失稳变形而管件则保持原来形状的 主要原因 屈曲分析是假定复合管为理想弹性体，忽略时间对复合管屈曲的影响，管道结构突然发生失稳的压力具有瞬时性，称为瞬时临界失稳压力。但超高分子量聚乙烯管道中的高密度聚乙烯是典型的黏弹性材料，具有明显的蠕变和松她特性。在正外压载荷的持续作用下，复合管可能经历一段时间后出现一'种延迟屈曲，称为蠕变屈曲 为便于估算超高分子量聚乙烯管道蠕变失稳的持久临界压力，针对复合管中只有高密度聚乙烯是黏弹性材料，用蠕变模量代替弹性模量，取蠕变模量为200MPa、高密度聚乙烯50年泊松比为0.48,计算得出不同公称外径复合管蠕变失稳的持久临界压力。

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。