А. А. КОЗУЛИН, Н. Л. САВЕЛЬЕВ
Научный руководитель – В. А. СКРИПНЯК, д. ф.-м. н., профессор
Томский государственный университет
ПРОЧНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ
ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ
Представлены результаты решения задачи определения прочности и долговечности полимерных труб горячего и холодного водоснабжения, при действии температуры, внутреннего давления, осевых сжимающих и растягивающих усилий. Задача решена при помощи методов компьютерного моделирования.
Уникальный комплекс механических и химических свойств полимерных материалов делает их незаменимыми при изготовлении трубопроводов в строительстве, энергетическом и химическом машиностроении. В этой связи востребованы методики, позволяющие прогнозировать деформацию, прочность и долговечность элементов конструкций полимерных трубопроводов. Актуальность темы исследования определяется потребностью в обосновании проектных решений при конструировании полимерных трубопроводов и поиском новых областей их применения. В инженерной практике расчет НДС в элементах трубопроводов проводится на основе упрощенных схем. Особенности механического поведения полимерных материалов приводят к необходимости разработки более точных методик.
На основе выбранной нами методики определения напряженно-деформированного состояния в полимерных конструкциях, учитывающей нелинейное механическое поведение полимеров и зависимость свойств материала от температуры в диапазоне 0°С до +80°С [1,2], получены результаты расчетов долговечности полипропилена. Долговечность полипропиленовых труб определялась как время, за которое размеры микротрещин в материале под действием напряжений увеличиваются до критических размеров. Изменение размеров микротрещин описано с использованием модели Дагдейла. Проведенный анализ показал, возможность применения подхода для оценки долговечности полимерных конструкций при малых размерах микротрещин
Расчетные значения допустимых давлений, при которых обеспечивается заданный уровень долговечности полипропиленовых труб марок PN 10 и PN 20, меньше по сравнению со значениями, рассчитанными на основе инженерной методики. Для труб холодного водоснабжения PN 10 различие допустимых давлений составляет 15-47 %, а для труб горячего водоснабжения марок PN%. Отклонение значений допустимых эксплуатационных давлений растет с увеличением нормативной долговечности.
Полученные результаты свидетельствуют о необходимости использования в инженерных методиках расчета полимерных трубопроводов на долговечность коэффициента запаса по нагрузкам ~1.5.
Список литературы
1. , , Козулин напряженно-деформированного состояния полимерных труб, находящихся под давлением при повышенных температурах // Труды IX Международной научно-практической конференции студентов аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технологии». Том 1. г. Томск: Изд-во Том. Политех. Ун-та., 2003. С. 205-207.
2. Kozulin A. A., Skripnyak V. A. Strength calculation of polymer pipeline elements // Proceedings KORUS 2004, Tomsk Polytechnic University, Russia June 26 – July 3, 2004, v.3, pp.29-32.
