輸水塑料管負壓破壞因素研究.pdf

1、管道化灌溉網(wǎng)絡建設是我國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉領域重要的發(fā)展方向。管道建設廣泛采用塑料管。但是有大量研究與實踐表明塑料管道抗水錘正壓的能力遠大于抗水錘負壓的能力，實際輸水管道破壞案例中有相當一部分屬于負壓破壞。本論文以廣泛用于農(nóng)田灌溉輸水的PVC-U管道為研究對象，開展管內(nèi)負壓作用下管道結構的模型試驗和有限元數(shù)值模擬分析，著重研究輸水PVC-U管道的負壓破壞因素，分析管道發(fā)生負壓破壞的機理，為合理優(yōu)化管壁形狀、管壁厚度，合理優(yōu)化管道剛度，合理的進

2、行管道強度提高提供理論依據(jù)，為管道化輸水網(wǎng)絡建設提供理論幫助。得到以下結果：
　　（1）采用電子萬能試驗機和電阻應變片式引伸計測定PVC-U管材的力學性能。試驗測得管材的彈性模量為846MPa。并根據(jù)管材拉伸試驗應力-應變曲線，采用Ramberg-Osgood模型擬合出管材的應力應變關系，得出管材的強化系數(shù)為14.5。為管道負壓破壞數(shù)值模擬和理論分析提供材料參數(shù)。
　　（2）利用負壓測試系統(tǒng)，進行PVC-U管道負壓破壞試驗。

3、對含有不同初始橢圓缺陷的管道進行試驗研究，結果表明管道的負壓破壞臨界值隨著管道橢圓度的增加而顯著降低；對不同徑厚比和管長進行正交試驗，試驗結果表明管道的負壓破壞臨界值隨著管道的徑厚比的增加而明顯減小；管道兩端的約束對管道失穩(wěn)壓力有明顯影響；對于壁厚為3.2mm管道，在間隔1.2m處加肋，對于壁厚為3.5mm管道，在間隔1.4m處加肋，可以避免管道在管內(nèi)出現(xiàn)真空時發(fā)生負壓破壞，為管道設計提供理論基礎。
　　（3）以小撓度理論為基礎，

4、推導出管道負壓破壞的線性屈曲方程，求解出薄壁管道彈性屈曲破壞的臨界荷載值，將理論結果與試驗結果比較可以發(fā)現(xiàn)，彈性屈曲臨界值明顯大于試驗結果，與試驗結果有一定的誤差，主要是因為彈性屈曲解沒有考慮材料的屈服強度，認為管道發(fā)生屈曲時任然處于彈性狀態(tài)；對于較長管道，以結構靜力學分析方法為基礎，取管道截面進行受力分析，推導出管道負壓屈曲破壞的平面應變經(jīng)典解。將理論得出的結果與試驗結果比較可以發(fā)現(xiàn)，線性屈曲臨界值略微大于試驗結果，但是，線性屈曲臨界

5、值可以作為管道負壓屈曲破壞荷載的上限值，為管道設計提供參考值。
　?。?）基于ANSYS軟件，數(shù)值模擬分析試驗管道在管內(nèi)負壓作用下的屈曲變形，得到管道的失穩(wěn)壓力和屈曲后的形態(tài)。通過分析管壁應力、應變發(fā)展過程，發(fā)現(xiàn)造成PVC-U管道負壓破壞的原因是管壁環(huán)向壓應力超出屈服應力時，管壁材料破壞，管壁縱斷面旋轉(zhuǎn)，表現(xiàn)出管壁結構失穩(wěn)變形。管壁彎曲應力的增加是造成環(huán)向壓應力增大的重要原因。分析不同徑厚比、管長和橢圓率對PVC-U管道負壓屈曲破