第40卷第4期
化工机械
聚乙烯管道热熔接头环向裂纹应力
强度因子的数值分析
朱志彬**？杨晓翔"陈丽静"林乃昌"？庄鹏辉”
（1.福州大学a.化学化工学院；b.机械工程及自动化学院；2.厦门市特种设备检验检测院）
捕要应力强度因子K是缺随站构安全评定的重要参数。基于粘弹性理论，将聚乙筛管材料的粘弹性参数用Prony级数表示，运用非线性有限元法，在ANSYS中建立聚乙烯管热接头环向纹模型，并对K进行计算和分析。通过有限元的模拟，总结得到聚乙烯管最可能发生断裂的时间为产生裂纹时划，从面得出分析聚乙烯管环向表面裂纹应力强度固子时不必考虑聚乙烯管的黏弹性，环向表面裂纹缺陷
的主要影响因素是裂纹深度与聚乙烯管的厚度之比。关键词聚乙炜管应力强度因子黏弹性数值模拟
中图分类号T0055.8*1
文献标识码A
聚乙烯管道具有良好的耐腐蚀性能、优越的机械力学性能、优良的焊接性能和较长的使用寿命，在城镇燃气输送领域得到广泛应用。热熔焊接是聚乙烯管道的主要连接方式之一，热熔焊接接头力学性能的优劣直接关系到整个燃气管道系统的安危。然而未采用标准焊接参数产生的含工艺缺陷热熔焊接接头在工程应用中十分常见，经常引发安全事故，成为聚乙烯燃气管道系统重大的安全隐患之一()。因此，研究聚乙烯管道热熔接头表面裂纹的力学响应及影响因素意义深远。
应力强度因子K是判断裂纹脆断行为的重要参数之一，也是R6等断裂评定标准中所必需的参数[3]，对于典型裂纹的K值，已经通过实验方法确定，并编制成手册[3]。对于其他裂纹形式，由于实验开展不便，常借助数值方法解决，如 NewmanJJ和RajuIS采用有限元法研究内外壁表面裂纹[4,5],ChaiGZ等研究者用边界元法[6,7】分析直管内壁表面裂纹。在这些方法中，由于有限元法简单、精确，已被证实是研究K的有效方法。
，福建省质量技术监督局科技项目（FJQI2011035）。
文章编号0254-6094(2013)04-0497-05
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由于聚乙烯材料具有典型的粘弹性材料特征，目前针对聚乙烯管道热熔接头表面裂纹的研究还很少，而且相关的有限元解也未开展。因此，采用有限元软件ANSYS对聚乙烯管道热熔接头表面裂纹K进行研究，分析了其主要影响因素。
聚乙烯管热熔接头有限元模型建立 1
1.1几何模型的建立
根据CJ63-2008(*)《聚乙烯燃气管道工程技术规程》乙烯管热熔焊接接头几何模型的标准尺寸如图1所示，其中焊环的宽度：B=0.35~0.45S，焊环的高度：H=0.20~0.25S。含表面缺陷热熔接头的缺陷表征如图2所示，可以规则化为包络该裂纹的矩形裂纹形式。规则化后的环向裂纹尺寸由裂纹深度a和裂纹半角L表征(图3)。
图1聚乙烯管热熔接头筒图
**朱志彬，男，1979年9月生，在职博士研究生，高级工程师。福建省福州市，50108。万方数据