اتصالات, اخبار, صنعت پلیمر, لوله

اثر تنش بر ظاهر ترک لوله پلی تیلن(بخش اول)

پلی اتیلن

اثرگذاری تنش پسماند بر ظاهر ترک لوله‌های پلیمری

خلاصه

تاثیر شدت تنش بر شکل هندسی ترک و درپی آن روی  وضع ترک در لوله‌های پلی اتیلنی محاسبه شده است. شکل هندسی ترک تاثیر قابل توجهی در میزان فاکتور شدت تنش بدست آمده دارد. با استفاده از یک شیوه رایج خاص که وجود مداوم عامل تنش را در امتداد لبه‌ی ترک تضمین می‌کند. شکل ترک را با یک تحلیل سه بعدی به شکل آماری  محاسبه می‌کنند.
این مسئله تعیین شده است که تاثیر تنش‏های پس مانده موجود و اثر فزونی قابل توجهی از عامل شدت تنش برای لوله‌ها شکل ترک را تعیین می‌کنند و اینکه این تاثیر را تنها در لوله‌های حاوی تنش پسماند می‌توان مشاهده کرد. یک معادله تقریبی برای محاسبه عامل شدت تنش در لوله‌هایی با تنش پس ماند ارائه گردیده و درستی آن آزمایش شده است.

پیشگفتار

داشتن عمر مفید حداقل ۵۰ سال احتیاج بارزی است که در استفاده‌ی لوله‏ ی پلاستیکی در توزیع آب و گاز احساس می‌شود (۱٫۲٫) و برای تشخیص عمر مواد فشرده سازنده‌‌ی لوله‌های پلاستیکی از شیوه سنتی بر پایه ی آزمایش‌های هیدرو استاتیکی استفاده می‌شود.

پلی اتیلن

تست پارگی هیدرواستاتیک مربوط در محیطی خاص تحت تأثیر سطوح متعدد فشار و هم‏چنین مؤثر از دماهای متفاوت صورت می‏گیرد. پدیده‏ ی خرابی حاصل از رشد شبه شکنندگی شکاف، امری است که وابسته با عملیات واقعی می‏شود. لذا شکست لوله‏ های پلیمری را می‏توان با استفاده از مفاهیم مکانیک شکست توصیف کرد .غالبا تولید لوله‏‌ها شامل اکستروژن پلیمر مذاب از طریق یک قالب حلقه‌ای و پس از آن قرار گرفتن سطح بیرونی مواد اکسترود شده در معرض  خنک‏ کننده‏ های سریع صورت می‌گیرد. شکل ۱ را مشاهده کنید. این پروسه صنعتی تنش‏ های پسماند قطعی را در لوله معرفی می‏کند که با تنش‏ های حاصل از فشارهای درونی در حین انجام کار، قابل مقایسه می‏باشد. لذا می‏توان تأثیر تنش ‏های پسماند را در محاسبه‏ ی عمر لوله امری اساسی تلقی کرد. هدف اصلی این مقاله  این است که اثر تنش‏های پسماند را بر هندسه و درپی آن بر رفتار نرم افزار بر آورد کند .
هندسه ‏ی نرم افزار، تاثیر قابل توجهی در نتیجه‌ی میزان فاکتور شدت تنش دارد. شکل ترک را از طریق یک تحلیل سه بعدی به صورت عددی محاسبه می‏کنند. در این کار با استفاده از یک شیوه ویژه می‏توان فاکتور شدت تنش ثابت راه در کنار لبه شکاف تضمین می‌کند. شیوه ای مشابه با آن استفاده می شود. برای طول یک ترک داده شده نسبت شیب ترک جهت دستیابی به یک فاکتور شدت تنش ثابت در طول مقابل ترک دائما متغیر است. بر طبق محاسبات، تکامل یک ترک خزش، در صورت شارژ فشار درونی با توجه به تنش‏های پسمانده به دست آمده است. نتایج و علم حاصله (ارائه شده) می‏تواند به عنوان ابزاری قدرتمند جهت تخمین عمر لوله‏ های پلاستیکی به کار رود.

تنش‎‏های پسماند

تنش‏های پسماند حرارتی داخل جدار لوله پلی اتیلن از طریق نرخ خنک‏ کننده‌های متعدد در طول سطح داخلی و بیرونی لوله ‏ها تولید می‏شوند. یک توزیع (باقیمانده) تنش معمولی در امتداد ضخامت دیواره‏ ی لوله در تصویر b2 نمایش داده شده است.

پلی اتیلن

تصویر شماره ۲٫ طرحواره توزیع تنش مماسی نشان می‌دهد که در امتداد ضخامت جداره‏ ی لوله در صورتی که تنها از طریق فشار درونی پوینت شارژ گردد.
(a)تنش پسماند که دراثر فرآیند خنک‏ کننده‏ی سطح بیرونی.
(b)تقریب خطی از تنش پسماند پس از خنک‏ کننده در سطوح بیرونی.
(c)مجموع تنش‏  مماسی حاصل از جمع فشار درونی و تنش پسماند.
(d)تنش مانده که حاصل از خنک کننده سطح بیرونی و درونی.
معمولا لوله ‏های پلاستیکی که از طریق پروسه اکستروژن شکل می‏گیرند و  به وسیله ی خنک‏ کنندگی قوی با آب تنها از دیواره بیرونی لوله مشخص می‌شوند. دیواره  درونی در مجاورت هوای ساکن قرار می‏گیرد. پروسه خنک کننده‏ای لوله، تحت تأثیر این شرایط، منجربه انجماد مواد غیر همگن در سراسر دیوار لوله و معرفی یک توزیع تنش پسماند نزدیک به آنچه در تصویر ۲b نشان داده شده می انجامد. مقدار تنش‏های پس‏مانده تا حد قابل توجهی به تاریخ پردازش ( خنک‏ کننده سریع منجر به تنش‏های بالا پسماند بستگی دارد. برطبق داده ‏های نوشته شده تنش‏های پسماند در پلی‏ اتیلن که بطور یکنواخت از لوله‌ها استفاده می‌کنند بین ۲ مگا پاسکال و ۴ مگاپاسکال متغیر هستند و با حداکثر تنش دایره ‏ای ناشی ا ز تحت فشار قرار دادن لوله قابل مقایسه است، تصویر (۲a) را مشاهده کنید. توزیع غیر خطی تنش پسماند غالباً به وسیله ی توزیع طولی ساده می‏شود آن‏چنان که در تصویر (۲c) مشاهده می‏شود. در رابطه با کار و وظیفه اصلی لوله، کل تنش مماسی در دیوار لوله با مجموع تنش مماسی ناشی از فشار درونی پاینت و تنش پسماند حاصل از تولید تکنولوژی، برابر است. همان‏طور که در تصویر ۲d دیده می‏شود .چنانچه پروسه خنک ‏کنندگی هم در سطوح بیرونی و هم درونی مورد استفاده قرار بگیرند، توزیع تنش پسماند در سراسر دیوار لوله با شکل ۲e برابر است.
فرآورده ‏های لوله برای استفاده ها و مصارف طولانی مدت طراحی شده‏ اند (لوله ‏های پلی‏ اتیلنی «PE»مدرن که عمری بالغ بر ۵۰ سال را تضمین می‏کند)بطوریکه استحکام تنش پسماند درطول زمان یک عامل قابل توجه به شمار می ‏آید. در نوشته‏ های فرانک و همکاران لوله‏ هایی که ۲۰ تا ۳۰ قدمت دارند (لوله هایی مربوط به سالهای ۱۹۸۸، ۱۹۸۷، ۱۹۸۱ و ۱۹۷۶)مورد بررسی قرار گرفت. این مسئله مشخص شده است که تنش‏های پسماند هنوز در لوله ‏های قدیمی تا حدود یکسانی باقی مانده و اینکه این تنش‏های پسماند را درمحدوده‌ای از ۲ مگا پاسکال تا ۴ مگاپاسکال  می‌توان مشاهده کرد.
در فعالیت‏ های جدید، تنش‏های پسماند نسبت به حداکثر تنش‌های مماسی حدود۲٫۳ مگا پاسکال در گروه پایین مقادیر محاسبه شده‌ی تجربی در نظر گرفته می‌شود. برای توزیع معمولی تنش‏های مماسی درسراسر دیوار لوله از شبیه‌سازی عددی استفاده و در تصویر شماره ۳ نشان داده شده است.

پلی اتیلن

no residual  stresses taken int o account  = بدون در نظر گرفتن تنش پسماند.
linear distribution of residual stresses taken in to account = توزیع خطی تنش پسماند در نظر گرفته شده است.
non linear distribution of residual stresses = توزیع غیر خطی تنش پسماند.
تصویر ۳٫توزیع تنش مماسی در سراسر دیوار لوله ناشی از تنشهای پسماند.

برای اطلاعات بیشتر به بخش دوم مراجعه کنید.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید