一种超高分子量聚乙烯内衬管缩径量计算方法技术

本发明专利技术公开了一种超高分子量聚乙烯内衬管缩径量计算方法，所述超高分子量聚乙烯内衬管包括功能内层、复配热熔胶层和保护外层，包括如下步骤：测试确定整体和每层相应的必要参数，计算得到整体内衬管的最小临界外压，在有限元软件中建模，代入每一层的材料参数，施加最小临界外压，计算得到缩径量的下限；计算得到整体内衬管的屈曲临界外压，在有限元软件中建模，代入每一层的材料参数，施加屈曲临界外压，计算得到缩径量的上限，并在上限和下限的范围区间内取值作为超高分子量聚乙烯内衬管缩径量。本发明专利技术为一种超高分子量聚乙烯内衬管的缩径量提供理论计算方法，减少不必要的实验，减少操作误差，提高工作效率。提高工作效率。提高工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种超高分子量聚乙烯内衬管缩径量计算方法


[0001]本专利技术属于内衬管缩径量计算的
，具体涉及一种超高分子量聚乙烯内衬管缩径量计算方法。

技术介绍

[0002]在实际缩径操作过程中，往往采取经验主义，经验主义所带来的缺点是造成实际操作的误差，而对于多层管的缩径量的选择，所造成的误差进一步地被扩大。
[0003]在缩径内衬方案中，缺少一套成熟的不同材料、不同温度、不同尺寸下的缩径量计算方法，超高分子量聚乙烯内衬管作为多层管，每一层管的管材和尺寸都不同，所需要的缩径量也不同，因此需要对多层管进行一个统一的缩径量的选择。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种超高分子量聚乙烯内衬管缩径量计算方法。
[0005]为达到上述目的，提出以下技术方案：
[0006]一种超高分子量聚乙烯内衬管缩径量计算方法，所述超高分子量聚乙烯内衬管包括功能内层、复配热熔胶层和保护外层，所述功能内层的材质为改性的超高分子量聚乙烯；所述保护外层的材质为PE100级的高密度聚乙烯，计算方法包括如下步骤：
[0007]1)对制备得到的管材整体进行力学性能测试，测量确定整体和每一层相应的必要参数；
[0008]2)确定超高分子量聚乙烯内衬管与钢管剪切强度的最小剪切强度τ
min
；
[0009]3)计算整体内衬管的最小临界外压P
min
：根据内衬管与钢管摩擦系数f，计算最小临界外压P
min
＝τ/>min
/f；
[0010]4)根据步骤1)得到的几何尺寸参数在有限元软件中建模，并代入每一层的材料参数，对整体外层施加对应的P
min
的均匀外压，运行计算得到缩径量取值的下限L
min
；
[0011]5)计算整体内衬管的屈曲临界外压Pc：将步骤1)所得的材料参数分别代入屈曲临界外压的计算公式，具体如下：
[0012][0013]其中P
C
即为屈曲临界外压，P
eL
为屈曲压力的弹性项，其由E整体等效杨氏模量、t壁厚、D外径和v泊松比计算得，P
p
为屈曲压力的塑性项，其中SMYS为特征屈服强度，f0为每一层管材的不圆度，在计算完屈服压力的弹性项和塑性项之后代入求解结合得到P
C
的数值；
[0014]6)根据步骤1)得到的几何尺寸参数在有限元软件中建模，并代入每一层的材料参数，对整体外层施加P
C
的均匀外压，运行计算得到缩径量取值的上限L
max
；
[0015]7)根据步骤4)和6)得到的L
min
和L
max
，依据实际的工程在最小的L
max
和最大的L
min
的范围区间内取值作为超高分子量聚乙烯内衬管缩径量。
[0016]进一步地，所述的功能内层包含如下组分：按重量份计为200万
‑
300万分子量的超高分子量聚乙烯75
‑
85份；PE100级高密度聚乙烯5
‑
10份；纳米蒙脱土1
‑
5份；热解硅石1
‑
2份；纳米钛白粉5
‑
10份；PE脂0.5
‑
2份；所述复配热熔胶层包含如下组分：按重量份计为硅烷交联改性聚乙烯40
‑
50份；马来酸酐改性聚乙烯40
‑
50份；钛酸丁酯2
‑
5份。
[0017]进一步地，有限元软件中建模为联立三大基本方程求解：
[0018]1)平衡方程
[0019][0020][0021]式中f表示摩擦力；
[0022]2)物理方程(应力与应变的关系)
[0023][0024][0025][0026]式中E为杨氏模量，v为泊松比；
[0027]3)变形协调方程(位移与应变的关系)
[0028][0029]式中σ为主应力，τ为切应力，ε和γ为应变。
[0030]进一步地，应力分量和应变分量与角度θ无关，σ
r
＝P，将步骤3)和步骤5)得到的P
min
和P
C
依次代入以上所有方程中联立求解，求解得到对应的径向应变ε
r
的分布，进行厚度方向的积分计算，即得到径向整体变形量，即缩径量L
min
和L
max
。
[0031]进一步地，厚度方向的积分计算式为
[0032][0033]其中D为外径，d为内径。
[0034]进一步地，最小剪切强度τ
min
≥0.15MPa。
[0035]进一步地，D的取值范围为50mm
‑
315mm，t的取值范围为0.05D
‑
0.15D。
[0036]进一步地，步骤5)中的f0≥0.5％。
[0037]本专利技术的有益效果在于：为一种超高分子量聚乙烯内衬管的缩径量提供理论计算方法，减少不必要的实验，减少操作误差，提高工作效率。
附图说明
[0038]图1为本专利技术的超高分子量聚乙烯内衬管的结构示意图；
[0039]图2为本专利技术的计算流程图。
[0040]图中：1、功能内层；2、复配热熔胶层；3、保护外层。
具体实施方式
[0041]下面结合说明书附图和实施例对本专利技术做进一步地说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。
[0042]一种超高分子量聚乙烯内衬管如图1所示，从内到外依次为功能内层1、复配热熔胶层2和保护外层3。
[0043]图2代表缩径量计算方法的操作过程：通过最小剪切强度计算得到最小临界外压，然后进行有限元建模计算得到缩径量取值下限；通过屈曲失稳准则计算得到屈曲临界外压，然后进行有限元建模计算得到缩径量取值的上限，通过上限和下限确定最终缩径量的值。
[0044]实施例1
[0045]1)制备超高分子量聚乙烯内衬管：所述的功能内层1包含如下组分：按重量份计为200万分子量的超高分子量聚乙烯80份；PE100级高密度聚乙烯10份；纳米蒙脱土3份；热解硅石1份；纳米钛白粉5份；PE脂0.5份；所述复配热熔胶层包含如下组分：按重量份计为硅烷交联改性聚乙烯50份；马来酸酐改性聚乙烯45份；钛酸丁酯5份；制备得到的超高分子量聚乙烯内衬管的外径为50mm，厚度为5.6mm，密度为0.97g/cm3，对管材整体进行力学性能测试，得到整体等效杨氏模量E为953.6MPa，泊松比v为0.3，拉伸屈服强度为30MPa，壁厚t为5.6mm，实际生产中该系列管子容许公差为+0.35mm，故计算得到f0＝0.7％，又由于公式要求f0≥0.5％，故此时f0取0.7％，SMYS＝30*0.8＝24MPa；
[0046]2)确定超高分子量聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高分子量聚乙烯内衬管缩径量计算方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯内衬管包括功能内层(1)、复配热熔胶层(2)和保护外层(3)，所述功能内层(1)的材质为改性的超高分子量聚乙烯；所述保护外层(3)的材质为PE100级的高密度聚乙烯，计算方法包括如下步骤：1)对制备得到的管材整体进行力学性能测试，测量确定整体和每一层相应的必要参数；2)确定超高分子量聚乙烯内衬管与钢管剪切强度的最小剪切强度τ
min
；3)计算整体内衬管的最小临界外压P
min
：根据内衬管与钢管摩擦系数f，计算最小临界外压P
min
＝τ
min
/f；4)根据步骤1)得到的几何尺寸参数在有限元软件中建模，并代入每一层材料参数，对整体外层施加的P
min
的均匀外压，运行计算得到整体内衬管缩径量取值的下限L
min
；5)计算整体内衬管的屈曲临界外压Pc：将步骤1)所得的材料参数分别代入屈曲临界外压的计算公式，具体如下：其中P
C
即为屈曲临界外压，P
eL
为屈曲压力的弹性项，其由E整体等效杨氏模量、t壁厚、D外径和v泊松比计算得，P
p
为屈曲压力的塑性项，其中SMYS为特征屈服强度，f0为每一层管材的不圆度，在计算完屈服压力的弹性项和塑性项之后代入求解得到P
C
的数值；6)根据步骤1)得到的几何尺寸参数在有限元软件中建模，并代入每一层的材料参数，对整体外层施加P
C
的均匀外压，运行计算得到整体内衬管的缩径量取值的上限L
max
；7)根据步骤4)和6)得到的L
min
和L
max
，依据实际的工程在最小的L
max
和最大的L
min
的范围区间内取值作为超高分子量聚乙烯内衬管缩径量。2.如权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯内衬管缩径量计算方法，其特征在于，所述的功能内层(1)包含如下组分：按重量份计为200万
...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯金茂，褚展鹏，霍福磊，刘跃明，陈江慧，金崇阳，
申请(专利权)人：临海伟星新型建材有限公司，
类型：发明
国别省市：