yjjPE管室溫應變循環(huán)與棘輪效應的實驗研究

1、導師：高炳軍報告人：尹軍軍專業(yè)：化工過程機械PE管棘輪效應試驗研究管棘輪效應試驗研究PE管應變循環(huán)試驗研究管應變循環(huán)試驗研究研究背景研究背景內容簡介PE管單軸拉伸試驗管單軸拉伸試驗 由于PE管在服役期間需要埋在地下，直接或者間接作用在管道上的載荷分為恒載恒載和活載活載兩種， 恒載：恒載：管道結構自重、覆土荷載、流體重力； 活載：活載：交通荷載、地面堆載、溫度荷載、管道內壓、上浮荷載、地震荷載。研究背景研究背景PE生活給排水管件與PE燃氣施工現場圖試驗材料試驗材料：SDR 11-PE100給 排水管材試驗機試驗機:型號為EUM-25K20的 電子萬能疲勞試驗機 試驗方法試驗方法單軸拉伸試驗單軸拉

2、伸試驗PE100管材單調拉伸應力-應變曲線1.單級扭轉循環(huán)試驗扭轉應變幅值的大小為：5%（50c）10%（50c）15%（50c）剪切應變率為0.026/s，c代表的是循環(huán)圈數對稱應變循環(huán)試驗對稱應變循環(huán)試驗-6-4-20246Shear engineering strain/%-20-1001020Shear engineering stress/MPaShear strain rate=0.026/s0102030405013.013.213.413.613.8Shear stress amplitude/MPaNumber of cyclesShear strain rate=0.026

3、/s01020304050-15-10-5051015Shear engineering strain/MPaNumber of cycles Peak stress Valley stress Mean stressShear strain rate=0.026/s扭轉對稱循環(huán)應力應變曲線剪切應力幅與循環(huán)圈數關系曲線剪切應力的峰谷均值與循環(huán)圈數關系曲線010203040506013.013.514.014.515.015.516.016.517.017.518.018.5Shear stress amplitude/MPaNumber of cycles a=5% a=10% a=15%5%

4、-10%-15% a-N關系曲線2.扭轉應變幅歷史效應試驗扭轉應變幅值的大小以及歷史關系為： 5%（50c）10%（50c）15%（50c）10%（50c）5%（50c） 剪切應變率為0.026/s05010015020025011121314151617Shear stress amplitude/MPaNumber of cycles 5% 10% 15% 10% 5%-20-1001020Shear engineering strain/%-20-1001020Shear engineering stress/MPaShear strain rate=0.026/sStep 1Step

5、2Step3Step 4Step 5扭轉應力-應變滯環(huán)曲線剪切應變幅歷史循環(huán)a-N關系曲線3.先前較大應變循環(huán)對后續(xù)應變循環(huán)軟硬化的影響 四組不同剪切應變幅歷史循環(huán)試驗其試驗條件為： 10%（50c）5%（50c） 5%（50c）3%（50c） 4%（50c）3%（50c） 3%（50c）1%（50c） 剪切應變率為0.026/s010020030040068101214161%3%3%4%3%5%5%Shear stress ampliude/MPaNumber of cycles10%四種剪切應變幅歷史循環(huán)a-N關系曲線1.單軸棘輪試驗 試驗加載狀態(tài)見下表。單軸棘輪試驗單軸棘輪試驗試樣名稱

6、試樣名稱均值（均值（MPa）幅值（幅值（MPa）應力率應力率（MPa/s）循環(huán)圈數循環(huán)圈數TS16127500TS26147500TS36137500TS45137500TS5713750002468101214-10-505101520Engineering stress/MPaEngineering strain/% 6-12-7-5001-50c150c250c350c450c450-500c 6-12-7-500棘輪滯回環(huán)曲線01002003004005000246810121416Ratcheting strain/%Number of cyclesm=6MPaRate=7MPa/s

7、 a=12MPa a=13MPa a=14MPa0100200300400500-0.4-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6Ratcheting strain rate/%Number of cyclesm=6MPa a=12MPa a=13MPa a=14MPa 恒定均值應力為6MPa和變應力幅下的棘輪應變與棘輪應變率演化曲線恒定應力幅為13MPa和變平均應力下的棘輪應變與棘輪應變率演化曲線0100200300400500-0.50.00.51.01.52.02.5a=13MPa m=5MPa m=6MPa m=7MPaRatcheti

8、ng strain rate/%Number of cycles01002003004005000246810121416Ratcheting strain/%Number of cyclesa=13MPaRate=7MPa/s m=5MPa m=6MPa m=7MPa2.均值應力歷史對棘輪應變影響實驗平均應力的大小及加載的先后順序是： 0MPa（100c） 5MPa（100c） 6MPa（100c） 7MPa（100c） 0MPa（100c） 6MPa（100c） 7MPa（00c）幅值應力為13MPa，加載應力率為7MPa/s均值應力歷史效應棘輪應變與棘輪應變率演化曲線0100200300

9、400500600700024681012Ratcheting strain/%Number of cycles m=0MPa m=5MPa m=6MPa m=7MPa m=0MPa m=6MPa m=7MPa3.幅值應力歷史對棘輪應變影響實驗 幅值應力的大小及加載的先后順序是： 12MPa（100c） 13MPa（100c） 14MPa（100c） 12MPa（100c）均值應力為6MPa，加載應力率為7MPa/s 幅值應力歷史效應棘輪應變與棘輪應變率曲線演化0100200300400024681012Ratcheting strain/%Number of cycles a=12MPa a=13MPa a=14MPa a=12MPa結語及展望：由單軸拉伸試驗確定了PE100管材是一種率相關的材料，應力-應變響應和應變率有較大關系；對稱扭轉循環(huán)試驗，確定了一個在高應變幅值循環(huán)后，后繼較低應變幅值循環(huán)出現循環(huán)硬化