加载历史对聚乙烯管道损伤演化的影响

张 毅， 薛世峰， Ben Jar， 韩丽美， 赵嘉喜

(1．中国石油大学(华东) 储运与建筑工程学院，山东 青岛 266555；2.阿尔伯塔大学 机械工程学院，加拿大 埃德蒙顿 T6G 2R3；3.南京工业大学 机械与动力工程学院，南京 211816)

0 引 言

聚乙烯(PE)材料因其具有优良的物理和力学性能、良好的耐腐蚀性、便捷的安装和维护过程以及至少50年的使用寿命而被广泛用于制造排水和燃气管道。根据美国运输部管道和危险材料安全管理局的统计，2017年美国新安装的燃气管道90%以上是由PE材料制成的。然而,由于材料缺陷、第三方损伤以及地动等原因，PE管道的失效破坏甚至爆炸时有发生。PE燃气管道的失效破坏极可能引发重特大事故，因此对PE材料力学性能以及损伤失效机理的研究对于防止事故的发生具有重要意义。

Lemaitre等[1]提出并比较了8种基于连续介质损伤力学(Continuum Damage Mechanics, CDM)的损伤测量方法。目前应用最广泛的损伤表征方法是通过循环加载卸载测得弹性模量的衰减，进而计算损伤变量及损伤演化规律。Borona等[2]采用有限元分析和试验相结合的方法研究了低合金钢在三轴应力状态下的韧性损伤行为。Celentano等[3]同样采用有限元分析和试验相结合的方法分析表征了钢在塑性大变形下的损伤演化。Chiantoni等[4]采用X射线断层摄影技术和超声波检测技术研究了P91钢在高温条件下的损伤演化规律。Abed等[5]研究了C45钢在不同温度和加载速度下的屈服应力和损伤演化。在聚合物材料损伤研究方面，Gu等[6]采用加载卸载单轴拉伸试验和有限元模拟相结合的方法研究了热塑性塑料的损伤行为,并比较了不同损伤表征方法对最后得到损伤变量的影响。……