Lomové chování svařovaných polyolefinových trubek

Abstract

Cílem této diplomové práce je řešit problematiku poškozování svařovaných polyolefinových potrubí. Prezentovaná práce je zaměřena na numerické modelování kvazi-křehkého porušování, které je přímým důsledkem šíření creepové trhliny. Svařování polyolefinových potrubí vnáší do oblasti svaru nehomogenní rozložení materiálových vlastností a tvar svarového výronku způsobuje vznik geometrických koncentrátorů napětí. Posouzení těchto vlivů na životnost svarového spoje a výpočet polyolefinových potrubí je hlavním cílem této práce. V práci je uveden popis několika experimentálních testů (především CRB a PENT) k určení materiálových vlastností popisujících kinetiku trhliny. Výsledky práce jsou prezentovány pro polyetylenové potrubí (PE 100 110 x 6.3 SDR 17.6). Polyetylen je jeden z nejčastěji používaných materiálů právě v oblasti potrubních systémů. Prezentované výsledky práce mohou být použity i pro jiný polyolefinový materiál. Predikce životnosti polyolefinových potrubí je založena na lineárně elastické lomové mechanice (LELM) a koncepci faktoru intenzity napětí. Diplomová práce doplňuje tuto metodologii výpočtu životnosti o výpočet svařovaných polyolefinových potrubí z pohledu lomové mechaniky s náznakem možnosti budoucího výzkumu.

The purpose of this diploma thesis is to introduce fracture behavior of welded polyolefin pipes. This study is focused on numerical modelling of the quasi-brittle failure which is a direct result of slow creep crack growth. Welding of polyolefin pipes causes material inhomogeneity in the welded region and the weld bead shape introduces geometric stress raisers. The aim of the thesis is to evaluate these influences on the welded pipe lifespan and its assessment. Different experimental tests (mainly CRB and PENT tests) which allow measuring of material properties describing the crack growth kinetics are presented in the thesis. The results of numerical modelling are presented for a polyethylene pipe (PE 100 110 x 6.3 SDR 17.6). Polyethylene is one of the most common material used in the pipeline industry, but the results of the thesis can be used for any other polyolefin material as well. Lifetime prediction of polyolefin pipes is based on the Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) using the concept of the stress intensity factor. The thesis complements the existing methodology of pipe lifetime assessment, specifically lifetime prediction of welded polyolefin pipes and a possible direction for future related research is given.