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试验结果:分析与优化

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:图12.12T74管试验时间-压力曲线图12.13T78管试验时间-压力曲线表12.4两组试验结果对比由上述各曲线极值点得到的六个管段试验屈曲压力值及四组结果的平均值列于表12.4。图12.14两组管段试验后变形情况表12.5试验管段T74椭圆度变化表12.6试验管段T78椭圆度变化为了更清楚地观察两组管道的失效模式,从各组中分别选取一个试验管段,放空管腔内的水后,将它们从测量得到的最大椭圆度处切开。

试验结果:分析与优化

加载结束后即可从数据处理软件中得到试验的时间-压力曲线,图12.12、图12.13中列出了T74及T78两组试验管道的时间-压力图。管道的屈曲压溃可由曲线的突然下降来判断。对于B组管道,这三条曲线呈现出良好的一致性,由于T78管三条曲线非常接近,因此只画出其B组中之一予以说明。由于在封闭外压缸的过程中不可避免会留下空气,在加载的20 s之前,有一段很明显的短弧线出现。接着压力呈单调线性上升,直至到达顶点后突然下降,所记录下的顶点压力即为屈曲压力。与B组不同的是,A组的曲线是分散的,但其趋势均是一样的。相同的加压速率表明单位时间内注水量是相同的,因此除了上述对开始阶段现象的解释理由。曲线斜率逐渐减小也说明了在管道壁内依旧有一定的空间需要进行注水,这种情况会导致降低加压速率;而另一方面,与B组的失效不同,A组管道需要更多的水来触发其失效模式。A组三条曲线不同的初始斜率表明三种管道的管壁腔内情况可能有所不同,这可能是由于生产和运输引起的。

图12.12 T74管试验时间-压力曲线

图12.13 T78管试验时间-压力曲线

表12.4 两组试验结果对比

由上述各曲线极值点得到的六个管段试验屈曲压力值及四组结果的平均值列于表12.4。各组中最大与最小结果的误差Ⅰ小于15%,说明各组内的试验结果变化较小,证明了所有试验的可行性和可重复性。T74和T78管段的A、B两组结果平均值的误差Ⅱ表明,当外压施加在内层上时管段的抗外压能力分别降低约20%和10%,说明湿压溃与干压溃相比将降低管道的压溃性能,降低的程度不同主要是由于两种尺寸管内部结构不同造成。

从管段截面椭圆度的变化可以初步评估该管的失效模式,图12.14为T78两组试验后的管段变形情况。目测可知,T78 B组的管段中部变形比T78 A组明显要大。表12.5和表12.6列出了各组中每个试验管段对其外表面测量计算所得到的初始椭圆度和最终椭圆度。其中最终椭圆度为试验后测出的椭圆度中的最大值,初始椭圆度是与最终椭圆度最大值位置近似对应的标记处测量值。可以看到,整体来说,A组管段椭圆度变化程度与B组不同,相比A组管段,B组管段的形状在试验后变化更大,可推断两组的失效模式是不同的。另外,T78 A组的变形后椭圆度比T74 A组小,这与两种型号管的内部结构情况不同有关。

图12.14 两组管段试验后变形情况(www.xing528.com)

表12.5 试验管段T74椭圆度变化

表12.6 试验管段T78椭圆度变化

为了更清楚地观察两组管道的失效模式,从各组中分别选取一个试验管段,放空管腔内的水后,将它们从测量得到的最大椭圆度处切开。在切割管段的过程中,发现从A组管壁中流出了一定量的有压水,如图12.15所示,这可从侧面表明在试验中注入的水进入了管壁腔内并施加在了内层PE的外表面上,而在对B组切割的过程中并没有发现有水从管壁腔中流出。

图12.15 A组切割管壁时的出水现象

切开后的管段截面如图12.16所示。比较A组和B组可知,A组管段的PE外层形状变化不大,而PE内层呈现出了明显的单瓣心形压溃模态,与前述章节分析相比,可知这是受限压溃的典型失效模式;而对于B组来说,基本呈现的是经典的整管椭圆形压溃,内层基本随外层一起发生了椭圆变形。对比两种型号管之间的差别,可以看出相较T78管来说,T74外层的椭圆度变化较大,这与前述章节对于随刚度比变化会产生不同的屈曲及后屈曲模态分析相对应。

图12.16 管道屈曲后截面压溃形状

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