Features of low-temperature deformation and fracture of combined plastic pipes

Abstract


Double-layer composite structures with one load-bearing high-strength layer made of metal, reinforced composite or rigid plastic and other one made of high deformability polymer or elastomer providing high tightness, chemical and corrosion protection are widespread. Due to differences in the mechanical properties and linear thermal expansion coefficient, high level of stresses can occur in the layers of such structures during temperature changes. Considering the long-term nature of loading, the defects probability, the availability of complex stress state in the layers and temperature dependence of the physical and mechanical properties of polymers, the issues of the providing of long-term mechanical strength and failure-free operability of such structures are highly relevant. Object of study in this paper is polymeric pipe combined of two layers made of thermoplastic (HDPE) and fiberglass. The purpose of research is to identify the causes of brittle fracture of thermoplastic layer at low temperatures. The experimental results of cold resistance of HDPE specimens and pipe samples at temperatures down to -50°С are presented in this paper. A comparison with the previous results of calculations of technological residual stresses in these pipes was done. The test method for fragility of HDPE under complex stress state at low temperatures was proposed. As a result of pipe samples testing the process steps which can effect on cold resistance of plastic pipes were identified.

About the authors

A N Anoshkin

Perm National Research Polytechnic University

Email: anoshkin@pstu.ru
29, Komsomolsky av., 614990, Perm, Russian Federation

A B Pospelov

Perm National Research Polytechnic University

Email: pospelov-kt@pstu.ru
29, Komsomolsky av., 614990, Perm, Russian Federation

R M Iakushev

Institute of Technical Chemistry UrB RAS

Email: ravilyakushev@yandex.ru
3, Akademik Koroleva str., 614013, Perm, Russian Federation

References

  1. Рябец Ю.С, Булманис В.Н., Давыдова Н.Н. Разработка конструкции и технологии хладостойких бипластмассовых труб // Экспресс-информация НИИТЭХИМ. Эксплуатация, ремонт, защита от коррозии оборудования и сооружений. Вып. 4. - М., 1988. - С. 1-12.
  2. Ларионов А.Ф. Материалы и технология бипластмассовых труб, узлов стыка и соединительных элементов внутрипромысловых нефтепроводов: дис. … канд. техн. наук. - Пермь, 2000. - 156 с.
  3. Создание трубопроводных систем с применением бипластмассовых и полимерных композиционных материалов для изделий гражданской морской техники / О.С. Сироткин [и др.] // Молодой ученый. - 2013. - № 5. - С. 101-104.
  4. Павлов Н.Н. Старение пластмасс в естественных и искусственных условиях. - М.: Химия, 1982. - 224 с.
  5. Булманис В.Н. Эксплуатационная устойчивость полимерных волокнистых композитов и изделий в условиях холодного климата: дис. … д-ра техн. наук; Институт физико-технических проблем Севера СО АН СССР. - Якутск, 1989. - 472 с.
  6. Haddad G.N. Recent Innovations in PVC/FXP Composite Pipe. Po-lym. // Plast. Techn. Eng. - 1977. - 9/2. - P. 207-25L
  7. Usemann K.W. Kunststofferohre in der Trinkwasserinstallaion // Neue DELIWA-Z. - 1987. - Bd. 38. - No. I. - P. 5-8.
  8. White R.J., Phillips R.G. Environmental Stress-Rupture Mechanisms in Glass Fibre/Polyester Laminates // Proceedings of 5th Intern.Conf. on Compos. Mater. (ICCM-5). - San Diego; California, 1985. - P. 1089-1099.
  9. Cowley W.E., Deut N.P., Morris R.H. The Brittle Failure of UPVC Lined Glass Reinforced Plastics Pipe Lines // Chemistry and Industry. - 1978. - No. 6. - P. 365-369.
  10. Guan Z.W., Boot J.C. Creep analysis of polymeric pipes under internal pressure // PolymEngSci, 2001. - Vol. 41. - No. 6. - P. 955-961.
  11. Бабенко Ф.И., Федоров Ю.Ю. Оценка несущей способности армированных полиэтиленовых труб для газопроводов в условиях холодного климата // Наука и образование. - 2009. - № 1. - С. 46-49.
  12. Бабенко Ф.И., Федоров Ю.Ю. Деформационно-прочностные свойства армированных полиэтиленовых труб российского производства при низких температурах [Электронный ресурс] // Нефтегазовое дело: электрон. науч. журн. - 2010. - № 2. - С. 69. - URL: http://www.ogbus.ru/autors/Babenko1.pdf (дата обращения: 28.05.2014).
  13. Стручков А.С. Расчет внутренних сдвиговых усилий в бипластмассовой трубе в области конструктивного соединения при отрицательных температурах // Физико-технические проблемы Севера (ч. III): тр. междунар. конф. - Якутск: Изд-во Якут. науч. центра СО РАН, 2000. - С. 32-43.
  14. Стручков А.С., Колодезников И.Н. Осевые температурные напряжения в полиэтиленовом трубопроводе из ПЭ80 при воздействии низких температур // EURASTRENCOLD-2002: тр. I Евразийского симпозиума (ч. II). - Якутск: Изд-во Якут. науч. центра СО РАН, 2002. - С. 175-181.
  15. Стручков А.С, Родионов А.К., Лапий Г.П. Хладостойкость бипластмассовых труб, предназначенных для транспортировки нефти // Химия нефти и газа: материалы V Междунар. конф. - Томск: Изд-во Ин-та оптики атмосферы СО РАН, 2003. - С. 294-296.
  16. Стручков А.С., Федоров С.П., Колодезников И.Н. Температурные напряжения в газовых полиэтиленовых трубах при низких климатических температурах // Химия нефти и газа: материалы V Междунар. конф. - Томск: Изд-во Ин-та оптики атмосферы СО РАН, 2003. - С. 296-299.
  17. Поспелов А.Б., Тараканов А.И., Шаклеин О.В. Опыт применения стеклопластиковых комбинированных (бипластмассовых) труб при обустройстве нефтяных месторождений // Трубопроводы и экология. - 2003. - № 3 - С. 24-25.
  18. Бабенко Ф.И., Булманис В.Н., Родионов А.К. Инженерная климатология полимерных материалов // Физико-технические проблемы Севера (ч. II): тр. междунар. конф. - Якутск: Изд-во Якут. науч. центра СО РАН, 2000. - С. 62-81.
  19. Температурные ограничения на условия транспортировки труб и монтажа полиэтиленовых трубопроводов / Ф.И. Бабенко, В.И. Иванов, Н.А. Коваленко, А.К. Родионов // EURASTRENCOLD-2002: труды I Евразийского симпозиума (ч. IV). - Якутск: Изд-во Якут. науч. центра СО РАН, 2002. - С. 3-9.
  20. Рябец Ю.С., Булманис В.Н. Прочность и деформативность полимерных труб при эксплуатации в условиях холодного климата // Известия СО АН СССР. Серия технических наук. - Новосибирск: Наука, 1989. - Вып. 1. - С. 106-109.
  21. Стручков А.С. Хладостойкость и особенности сопротивления разрушению нефтегазовых пластмассовых труб: дис. … д-ра техн. наук; Институт неметаллических материалов СО РАН. - Якутск, 2005. - 398 с.
  22. Аношкин А.Н., Поспелов А.Б. Оценка прочности композитных бипластмассовых труб при их эксплуатации в условиях низких температур // Нефтяное хозяйство. - 2008 - № 9. - С. 56-58.
  23. Бокшицкий М.Н. Длительная прочность полимеров. - М.: Химия, 1978. - 308 с.
  24. Гольдман А.Я. Прогнозирование деформационно-прочностных свойств полимерных и композиционных материалов. - Л.: Химия, 1988. - 272 с.
  25. Испытательная техника: справочник: в 2 кн. / под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1982. - Кн. 2. - 560 с.
  26. Чижевский К.Г. Расчет круглых и кольцевых пластин: справ. пособие. - Л.: Машиностроение, 1977. - 184 с.
  27. Расчет технологических напряжений в процессе производства бипластмассовых труб / А.Н. Аношкин, А.А. Ташкинов, А.Ф. Ларионов, А.Б. Поспелов // Вестник ПГТУ. Полимерные материалы; Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 1997 - № 3. - С. 24-32.
  28. Исследование механических свойств и оценка напряженного состояния полиэтиленового слоя бипластмассовых труб при низких температурах / А.Н. Аношкин, А.Ф. Ларионов, А.Б. Поспелов, Р.М. Якушев // Вестник ПГТУ. Аэрокосмическая техника; Перм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 2004 - № 16. - С. 5-11.

Statistics

Views

Abstract - 17

PDF (Russian) - 96

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2014 Anoshkin A.N., Pospelov A.B., Iakushev R.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies