Сопротивляемость труб длительному нагружению

Для установления влияния наполнителя на сопротивляемость полиэтилена длительному нагружению исследовались чистый полиэтилен высокой плотности и 25%-ный асбополиэтилен. Испытания при осевом растяжении осуществлялись на трубчатых образцах из указанных материалов при 20, 50 и 80º С, а для асбополиэтилена и при 100º С.

Силовое воздействие на образец осуществлялось путем подвешивания непосредственно к образцу груза заданной величины, которая сохранялась постоянной в течение всего времени испытаний. Деформации на расчетных длинах замерялись при комнатной температуре через определенные промежутки времени: при напряжениях до 50 кгс/см² - с помощью приборов Аистова или специального приспособления; при напряжениях свыше 50 кгс/см² - при помощи измерителей с точностью отсчета 0,05 мм.

У образцов из чистого полиэтилена высокой плотности при напряжениях до 50 кгс/см² деформации составляли несколько десятков или сотен микронов, затухали с течением времени и прекращались совсем через несколько десятков часов. В интервале напряжений 50-90 кгс/см² деформации составляли миллиметры, затухали медленно и прекращались через сотни часов. При действии напряжений свыше 90 кгс/см² деформации составляли десятки миллиметров, нарастали с течением времени и, наконец, приводили к разрыву образца. Деформации у образцов из асбополиэтилена были значительно меньше по сравнению с образцами из чистого полиэтилена высокой плотности, и процесс нарастания деформации у них был более замедленным. На основании опытных данных были получены кривые ползучести чистого полиэтилена и асбополиэтилена.

Для кривых ползучести полиэтилена и асбополиэтилена в зависимости от действующих напряжений характерны все стадии ползучести, которые наблюдаются у металлов.

Используя графики длительной прочности, полученные при определенных сроках испытаний, методом экспраполяции можно получить величину ожидаемой длительной прочности для любого срока эксплуатации конструктивных элементов. Если за опасное состояние при длительном нагружении принимается разрушение, то величина длительной прочности может быть положена в основу расчета на прочность с соответствующим коэффициентом запаса прочности.

Хрупкое разрушение полиэтиленового трубопровода имеет место при повышенных температурах и сравнительно непродолжительном нагружении или при чрезвычайно длительном нагружении, но в условиях комнатной температуры.

Релаксация. Действие относительно постоянных нагрузок на полиэтиленовый трубопровод вызывает в нем ползучесть, которая может привести к опасному состоянию.

В некоторых случаях опасное состояние трубопровода наблюдается при наличии постоянных деформаций, которые могут появиться при укладке трубопровода в грунт, в его соединительных элементах, а также при отсутствии компенсации температурных удлинений. Возникающие при этом явления называют релаксацией.

Под релаксацией понимают постепенное снижение напряжений в нагруженных элементах, в которых начальная деформация не может меняться во времени и равна упругой или вязко-упругой деформации, полученной при нагружении. Другими словами, процесс релаксации представляет собой переход из неравновесного состояния в равновесное. В некоторых случаях этот переход ведет к разрушению нагруженных элементов.

Время релаксации - это время установления равновесного состояния; оно определяет скорость исчезновения (рассасывания) внутренних напряжений в полимере при данной температуре.

Значительные экспериментальные и теоретические исследования релаксации применительно к трубам из полимерных материалов проведены в НИИ санитарной техники.

Труба или отдельный ее участок, испытывающий постоянную деформацию, могут разрушиться после определенного срока эксплуатации, который зависит от температуры, величины начального напряжения и других как внешних, так и внутренних факторов.

При напряжении выше 0,5 апч релаксационный процесс ведет обычно к пластическому разрушению деталей из полиэтилена, при напряжениях ниже этой величины - к хрупкому разрушению. Так как хрупкое разрушение происходит мгновенно, то предугадать его практически невозможно. Это обстоятельство заставляет вести расчет с учетом всех возможных факторов при нагружении трубопроводов и фитингов, которые могут привести к хрупкому разрушению.

Имеется ряд работ, посвященных релаксации изделии из полиэтилена, в которых рассматриваются качественные методы контроля.

Теплостойкость и морозостойкость Полиэтиленовые трубы Расчет полиэтиленовых трубопроводов на прочность