高强工程塑料管道断裂特性研究进展，讨论了我国在该类材料断裂特性方面的研宄与国际水平的差距。并对我国目前应尽快开展的工作提出了相应的建议。

　　高强工程塑料管道是目前管道工业发展的重要方向，与传统的金属管道相比，高强工程塑料管道具有质轻比强度大比刚度高耐磨耐蚀绝缘与复合能力强等特点。目前在发达的欧美国家强工程塑料管道在煤气以及天然气管道输送系统中已经得到广泛的应用。例如，在美国高密度聚乙烯煤气管道的普及率己经达到10广英国和巧麦为92，比利，法1本，国分别为7768651.另外，由于具有耐磨性耐蚀性好和压力损失低等特点，高强工程塑料管道固体输送管近年来也得到较快的发展。欧美些国家在工程中用来输送河泥泥校，诳笊焦ひ抵杏美词渌，矿渣等。

　　我国于60年代开始研制生产和应用聚氯乙烯工程塑料管道，近2，1来在引进技术装备的基础上，塑料管道开发生产与应用有了较大发展，但主要停留在低压小直径薄壁管道水平上。但是，随着工业发展，在引入高强工程塑料管道同时，聚乙烯聚丙烯高强工程塑料管道亦在开发和生产，其应用前景更是无限的，燃气用埋地聚乙烯管道从七开始被列为国家重点攻关项目，纽设部充分肯定聚乙烯管道在应用中的特性。认为是最有应用前景的新材料。因而推动了高强工程邮料管道在我内的发展应，程塑料管道的连接主要采用焊接技术。目前聚氯乙烯聚乙烯聚丙烯聚丁烯均己采用焊接连接制造。同时，随着工程塑料管道焊接技术的发展，焊接管道也从最初的低压管道向中高压管道扩宽。目前在欧洲被焊接的塑料管道承载压力已达到中压人级水平以为了生产应用的安全性焊接接头的可靠性，工作中管道本身的力学和断裂行为的研究越来越受到有关人员的重视。近年来高强工程塑料管道己应用到易燃易爆的石油化工制造工业中，旦引发破坏，其后果将是难以想象的。目前欧美国家依据工程要求，正在研宄和建立高强工程塑料管道的安全评定方法和标准，以欧洲共同体而言，己先后召开过国际会议研究高强工程塑料管道评定的理论方法和技术，取得很多成果，这在定程度上又推动了高强工程塑料管道的应用发展。

　　高强程塑料管道焊接及应⑴尚处于起步阶段，尤其在其安全评定的研究上尚处于空白。为了适应高强工程塑料管道技术发展，急待针对我国国情开展和建立我们的有关高强工程塑料管道安全评定体系工作1国外高强塑料管道断裂特性的研究焊接结构的破坏般是由两个步骤组成即在焊接结构的缺陷处，例如焊接冷热裂纹安装冷热裂纹咬肉未焊透等缺陷处首先产生裂纹，然后在定的条件下。该裂纹以极快的速度扩展，部分成全部地贯穿结构从而使结构破坏夂与金属焊接结构的破坏情况类似，高强塑料管道的失效也由上述相类似的两个步骤组成，即由于塑料管道本身组织的不均匀性或是由于焊接而造成的焊接接头组织的不均均性，在内压或外力的作用下，会使得裂纹开裂并沿厚度方向扩展，旦裂纹失稳，则会使裂纹沿长度方向快速扩展，从而造成管道失效，例1.匈牙利，1985年10发虫起典型的，管道系统脆性裂纹快速扩展事故，裂纹在几秒内沿矜线长度方向扩展700余米；在比利，1输入管线也曾发生了裂纹扩展40余米的事故，使得管收稿日期20006技术人员和科研人员对高强工程塑料管道裂纹产生和快速扩展的问开展了大量的研究工作。

　　1.1抗开裂特性的研究较早采用断裂力学方法对高强塑料材料进行抗开裂性能研，的是英国帝国大学的九！51.

　　坫于断裂力学期的研允成果。上耵教授对断裂力学在聚合物材料中的应用作了详细的研究。着重用断裂力学的概念来描述各种工程中常用的聚介物材料的特性。由于断裂力学研宄的前提是被研究材料均含有裂纹或非均质，其扩展会导致失效。因此，由于所用实验方法的试件均含有较大的缺陷和裂纹，因此工程人员可以用这些数据预测相类似缺陷存在时结构的安全性问。

　　用尸评价材料抗，裂性能的断裂力学参呈主要包括线弹恍断裂力学参量和弹朔性断裂力9参量。线弹性断裂力学参量主要为应力强度因子尺尤分别对应于型张开型应力强度因子型剪切型应力强度因子理撕开型应力强度因子。这种类型的参量主要用于脆性聚合物，即假使变形控制在弹性范围内，裂纹，长只导致弹性能释放，在特定条件下，材料发生脆性起裂的条件是测定脆性材料应力强度因子实验的试件类型般中心缺口反试件双边缺拉伸试板单边缺拉伸试件点弯试样悬臂梁弯曲试样和紧凑拉伸试其中试验室较为常用的是点弯曲试样。

　　贾认河教授曾对工程中常用的某些脆性聚合物进行了大量的试验研究，并且得到了许多基础性的数据弋这些数据可以用于工程设计中的抗开裂评定。

　　虽然线弹性断裂力学参量在评价村料的抗开裂性能方面得到了广泛的应用，但其在某些韧性聚合物材料尤其是高强工程塑料管道材料方面的应用还有定前。均会发生较大的1变形。从而使得线弹件1分析尤效。因此，对于韧性聚合物应考虑弹塑性断裂力学参量，其中应用较为普遍的是裂纹张开位移法和积分方法，在比认添教授的研，中应较彡的是积分方法。材料发生起裂的条件是关于材料特征参数牟馐砸话阌τ萌，阃涫，件，采用单试件及阻力曲线法或多试件法。由于大景韧性聚合物的断裂，性，间有关，并1随着应变速率的变化而变化，因此，单试件方法的反复卸载和从而影响断裂韧性的测量结果，因此，坫于高聚物村料1等所特的性能以及单试件法所特的聊吡1.，对广生高聚物，1的测试般采用衫1式件法这种法被认为坫种较笮和可靠的测量方法，由于工程中应用的塑料管道的力学行为不仅与材料特性和管道尺寸有关，而且还与加工过程以及由此而决定的材料结构有关因此，在试样加工时，般直接从具有相同加工过程的管材上取样。

　　1.2管道材料止裂特性的研究裂纹旦在缺陷或材质不均匀处开裂并在定条件下失稳扩展，则有发生快速开裂的危险。管道的快速开裂是指在管道偶然发生开裂时，裂纹以每秒几百米的速度迅速，长，瞬间造成几十米甚至1个米管逍破坏的大事故。事实证明，快速开裂是客观存在的，后果是灾难性的。早在50年代，美国输气钢管曾发生几起快速开裂事故。聚氯乙烯燃气管和水管均曾发生过快，开裂巾故实际使中尚未发现聚乙烯燃气管是聚乙烯燃气管的快速裂纹传递进行了大量；良成效快速汗裂过程可以分为两个阶段4发裂纹和裂纹增长。压力管道在实际运行中，可能由于材料本身组织的+均匀生焊接过程造成的缺陷以及某些偶然发生的事故引发裂纹，如地层下陷第方施工蠕变开裂裂纹演化到1定程度后转入快速开裂等。引发裂纹后，管壁的应变能释放和气体从裂纹喷出所产生的撕开作叫提供了裂纹继续增长的驭动力。裂纹增长时，形成单位面积的开裂面所需消耗的能量是裂纹增长的阻九即动态裂纹，长阻力当驱动力大于增长阻力时，裂纹可以以个稳定的高速度开裂至无限长度，否则裂纹将自于停止山厂引发开裂的偶发性事故难以预防和防范，因此有关人员的注意力主要集中在管道材料的抗开裂性能上。管道工业的目标是在快速开裂的条件下，管道材料促使裂纹有自行止裂测试塑料荇村及其原料的快速汗裂裂纹，长肌力第类全尺寸试验汕3.也全尺寸试验方法己经有130标准9.全尺寸试验装置主要用于模拟管材在实际使用状态下的快速裂观象。通过试验以到管衬的临界压乃户当管内气体压力高于时，管材发生快速开裂加备，胝魅，咿施，鹞丈座割糊1替蓉酌免1栗靠毙丈1氏玉益，褚。落後，亍止裂英国管道工业以8出油，38的全尺寸试验装置的结果力，因而从根本上杜绝了英国塑料燃气管道发生快速给管道生产厂家发放许可证，规定管道允许的运行压开裂的危险。

　　埋在眇石中冷却槽裂纹产生区，啦起第类小规模稳态4管道试验由于全尺寸实验的周期较长，成本很高，因此，英国帝国理工学院开发了全尺寸试验装置有许多类似之处，几乎重现了全尺寸试验的所有现象，但所得到的临界压力比全尺寸的临界压力低，约为广7者的13.经有关人员分析。这种现象可能与材料的非线弹性特点试验装置使用了缓冲片全尺寸试验，管逍有，填土等因素关54试验己经有150标准草案1 34试验装置简第类试验宇样条试验法述两类方法都是直接采用管道来作试验，因此完全考虑了原料的因素以及管道制造中的因素对管道性能的影响。但是成本高，周期长，远离原料的研制和生产者。而且对于较大管径34试验也难于实现。因此有关人员研制了试验室样条试验方法，使用具有足够长度裂纹增长区的平板样条，可以实现裂纹增长速度的测定，进而计算出衡量材料抵抗快速开裂裂纹增长能力的基础数据。主要有高速双扭转实验冷冻舌法和单边切口双层样条法。

　　2我国研究现状由于我国塑料管道应用起步较晚，于60年代才开始开发应用，而且直停留在小管径低压水平上，因此关于其断裂特性的研究几乎接近空白，只是近几年随着工程塑料管道应用领域的迅猛发展，关于其断裂特性的研究才引起了相关工程技术人员以及科研人员的注总，主要灰现住以几个方而。

　　燃气管道的快速开裂问进行了初步的探讨1213，提出了在我国付朔料管道材料进行快速开裂研允的必耍性和迫切性清华大学工程力学系对裂纹快速扩展和稳定扩展问进于了大聚的研允14由于进厅高密度聚乙烯裂纹快违扩展丈验价格吊屯而且国内前还没有这方面的实验设备和装置。因此小要以动态断裂力学不稳定流体力学以及非线性结构力学为基础，付天然气管道尤密度聚乙烯燃气管道的裂纹稳定扩展以及快速裂纹扩展问作了大量的计算模拟工作，同，也对用于研允裂纹快速扩展1的典型丈验84进厅了计算梭拟。

　　天津大学材料学院与河北涿州亚大塑料制品有限公司合作，以建立适用于高强工程塑料管道体系1勺基于适介于使月腿则的全1平定体系为标，经付燃气工业中应⑴日益普及的高密度聚乙烯管道村料程设计和应用的裂纹张开位移参量，并且己经积累。，大学高分1材，附，重点文，相3几点建议我国高强工程塑料管道焊接及应用尚处于起步阶段，尤其在其安全评定的研宄上尚处于空白。为了适应高强工程塑料管道技术发展，针对我国国情开展和建立我们的有关高强工程塑料管道安全评定体系工作，势在必行，应重点开展以下几方面的工作开裂方面的研宄，以断裂力学为基础，对常用塑料管道进行开裂特性的研究，寻找合适的实验方法，积累相关的基础性数据，以建立相应的开裂准则。

　　尽快进行防止塑料管道快速开裂危险方面的研允参照现，的际标准我国建规沿妁试验装置和试验方法。研究常用管道材料的止裂性，以建立适合我国环境的止裂准则。

　　尽快建立标准的实验室，对燃气工业以及建筑工业常用的塑料管材进行相应的断裂参数的测定，以谷1程设计应，1995聚乙烯燃气管国家标准，加入对管道材料止裂特性的要求，以与国际发展水接轨，对于金属材料的焊接结构国内外己经有些安全评定规范，如，08只6只3，06493，贾32850以及3人，95等，但对工程塑料管道尚缺乏类似的规范。随着高强塑料管道的进步发展以及大直径高压塑料管线的引进，以开裂准则和止裂准则为基础，参照金属材料结构的安全评定规范建立适用我国高强工程塑料管道体系的基于适合于使用原则性具有重处的总义。

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