初始缺陷在玻纤增强柔性管生产过程中是不可避免的,初始缺陷包括初始椭圆度和外层PE壁厚偏心。
图20.18 初始椭圆度
1)初始椭圆度
初始椭圆度如图20.18所示,对玻纤增强柔性管承受外压的能力有很大影响。在生产过程中,要控制最大初始椭圆度。管的初始椭圆度一般定义为
式中 Dmax——管的最大直径;
Dmin——管的最小直径。
不同初始椭圆度下玻纤增强柔性管的外压-椭圆度关系曲线如图20.19所示。玻纤增强柔性管的初始椭圆度分别为0.25%、0.52%、0.70%、1.0%和1.25%。当玻纤增强柔性管的初始椭圆度从0.25%升到1.25%时,玻纤增强柔性管的屈曲载荷从6.79 MPa降为6.03 MPa。在实际生产中,玻纤增强柔性管存在的初始椭圆度较小,较小的初始椭圆度对管道的屈曲载荷影响不大。
2)初始壁厚偏心
外层PE的初始壁厚偏心是管道初始缺陷的一种(图20.20)。外层PE的初始壁厚偏心可定义为
图20.19 不同初始椭圆度下玻纤增强柔性管外压-椭圆度关系曲线(www.xing528.com)
图20.20 初始壁厚偏心
式中 tmax——PE层的最大厚度;
tmin——PE层的最小厚度。
图20.21~图20.23为不同壁厚偏心的玻纤增强柔性管在外压载荷下的屈曲变形情况。
图20.21 玻纤增强柔性管在初始壁厚偏心为0.0%时的变形
不同壁厚偏心下,玻纤增强柔性管连续均匀时,在外压载荷下的变形与初始椭圆度有关。当存在初始壁厚偏心时,管道从最薄弱点开始失效。由图20.24可知,当玻纤增强柔性管的壁厚偏心从0.0%增长到20%时,管道的屈曲载荷从6.54 MPa降为5.28 MPa。当玻纤增强柔性管的壁厚偏心超过10%时,管道的屈曲载荷开始缓慢下降。综上所述,在制造和安装过程中,应尽量避免壁厚偏心的出现。
图20.22 玻纤增强柔性管在初始壁厚偏心为10.0%时的变形
图20.23 玻纤增强柔性管在初始壁厚偏心为20.0%时的变形
图20.24 不同初始壁厚偏心下玻纤增强柔性管外压-椭圆度关系曲线
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