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。

超高分子量聚乙烯管电晕处理时应该如何处理

超高分子量聚乙烯管电晕处理时，处理电压的稳定性会对电晕处理效果产生影响。当处理电压升高时，处理效果会明显增强，但两者不成比例关系，当处理电压升高到某个值后，处理效果增加不再明显，表明存在一个 处理电压值。处理电压的选择要根据管材的厚度和处理要求来确定。当管材越厚、处理要求越高时，应选择较高的处理电压进行处理[21。稳定的处理电压才能保证均匀的电晕处理效果。通常用于薄膜的处理电压宜控制在5～15kV，聚乙烯管材内表面的处理电压可参照薄膜的处理电压。 输出电流量的大小对处理效果影响程度非常大。如果输出比较低的电流时，超高分子量聚乙烯管电晕处理效果差；如果输出电流达到一定峰值时，效果会变得不怎么明显，即对不同材质的管道进行电晕处理时，都有自身一适合的一种输出电流。 处理程度决定着处理效果的好坏。如果处理程度不够，聚乙烯管材内表面的浸润性和附着性得不到明显改善，如果处理过度，聚乙烯管材内表面会产生异味，并导致助剂向管材表面迁移，影响管材的质量。有研究表明，电晕处理会导致聚乙烯纤维力学性能的降低。通过调节处理电压和处理电流来调节处理程度，在满足处理要求的情况下，尽可能降低处理程度，避免造成材料的过度处理。超高分子量聚乙烯管材内表面的处理功率可参照复合用薄膜的处理功率。