几何构型对影响化学反应的探究

图2.23　SSRTP不同外PE管径厚比的压力-椭圆度关系曲线

外层PE管的径厚比对管道屈曲压力的影响如图2.23所示。保持管道内部几何尺寸不变，外层PE管壁厚从2 mm按照间隔值为2 mm的方式增加到6 mm，其外层PE管对应的径厚比D1/t1分别为34、17.5和12。这里D1为外层PE管的平均直径，t1为其壁厚。当其径厚比值从12增加到34时，对应的屈曲压力从5.656 MPa下降到3.162 MPa，降低了44.1%。同时管道在极限抗外压能力状态下对应的椭圆度从3.35%增加到4.77%，增大了42.4%左右。由此可以看出，外层PE管的径厚比对整个管道的屈曲压力有一定影响，该值越大，管的极限抗外压能力越小，但管道的变形能力有一定增强。

本节也分析了内层PE管径厚比D2/t2对整管极限抗外压能力的影响。内层PE管的壁厚以向内增加的方式从4 mm、6 mm增加到8 mm，同时保持外侧部分的几何参数不变，计算出的D2/t2值分别为14.5、9.33、6.75。从图2.24可以看出，内层PE管的径厚比不仅能够影响管道的屈曲压力值，也能够影响管道后屈曲变形路径。当D2/t2=6.75时，管道截面椭圆度随着外压以线性的方式增加，而后进入塑性变形阶段。在此过程之后，管道很快达到其极限抗外压承载力，此时所对应的屈曲外压为8.12 MPa。在内层PE管的壁厚较小时，比如壁厚为4 mm的情况下，当管道达到其弹性变形极限，进入塑性流动阶段之后，外压微小的增量都会导致椭圆度明显增大。该状态一直持续到管道达到其屈曲压力1.297 MPa，此时管极限状态下的椭圆度较弹性阶段时要大很多。当D2/t2从6.75增加到14.5时，对应的屈曲压力值下降了84%。这说明管道在外压作用下，内层管的径厚比对其极限抗外压能力的影响更为显著。

图2.24　SSRTP不同内层PE管径厚比的压力-椭圆度关系曲线(www.xing528.com)

图2.25　不同增强层层数的SSRTP对应的压力-椭圆度关系曲线

钢带增强层的层数对管道的屈曲压力也有一定影响，如图2.25所示。保持内层PE管的几何参数不变，增加钢带增强层层数，分别取两层、四层和六层，得出的管道屈曲外压分别为3.358 MPa、3.759 MPa和4.241 MPa。从图2.25可以看出，在保持其他几何参数不变的情况下，增加钢带层数的确会对管道的屈曲外压产生一定影响。比较两层钢带增强层及六层的情况发现，管屈曲压力提升了20.8%。从图中也可以看出，增加钢带的层数对管道达到其极限状态时的变形路径没有太大影响。因此钢带增强层层数的确定需要综合考虑管道设计强度、生产成本、管单位重量、柔性等要求。