Эксплуатационные характеристики пластиковых труб. Методы испытаний. Часть 3

Кроме того, при использовании описанного в предыдущей части метода существует очевидный риск получения вводящей в заблуждение информации из-за того, что испытания при повышенных температурах используются для определения характеристик материала при комнатной температуре, который, весьма вероятно, претерпевает существенные изменения при нагревании. Тем не менее, испытания при повышенных температурах сокращают время, необходимое для получения хрупкого разрушения, до нескольких сотен часов или менее и, как таковые, используются на полиэтиленовых трубах в качестве тестов контроля качества. Однако тесты такого типа слишком трудоемки, чтобы служить быстрыми приемочными испытаниями. Для этого используются короткие гидростатические испытания, проводимые при +20 °С под давлением, значительно превышающим рабочее давление в трубах. Конечно, этот метод испытаний дает вязкое разрушение и не дает явных указаний на «хрупкую» прочность трубы. Следовательно, гидростатическое испытание при постоянном давлении далеко от совершенства. В связи с этим изучение условий, приводящих к разрушению этого и других типов, представляет большой практический интерес. Выяснение общих закономерностей вязкого и хрупкого разрушения позволило бы улучшить метод оценки работоспособности полиэтиленовых трубопроводов; с помощью такого метода можно было бы получить хрупкое разрушение за относительно короткое время даже при комнатной температуре и в условиях нагрузки, которые обеспечат надежные результаты.

Было установлено, что полиэтилен, испытанный на одноосное растяжение при постоянной нагрузке, разрушается из-за вязкого разрушения при высоких напряжениях и хрупкого разрушения (наблюдается только при повышенных температурах) при низких уровнях напряжения. Замечено, что кривые времени разрыва полиэтиленовых труб и образцов стержней, вырезанных из этих труб, хотя и схожи, но не совпадают. Эти данные, на первый взгляд, полностью подтверждают утверждение о том, что время разрыва полиэтилена зависит от характера напряженного состояния; именно на основе этого утверждения был сделан переход от испытаний, в которых образцы стержней, вырезанные из труб, были одноосно растянуты при постоянной нагрузке, к гидростатическим испытаниям образцов труб. Однако, когда кривые были изучены более тщательно, было замечено, что разница между кривыми, полученными для образцов стержня и трубы, ограничена диапазоном вязкого разрушения: поскольку уровень приложенного напряжения уменьшается и кривые переходят в диапазон хрупкого разрушения, они становятся параллельными и очень близко разнесенными. Тот факт, что кривые не совпадают в области вязкого разрушения, можно объяснить анализом характера вязкого разрушения полиэтилена.

В случае с образца трубы, испытанного на одноосное растяжение, разрушение не приводит к образованию точечных напряжений (что приводит к резкому увеличению напряжения). Вместо этого из-за переориентации и упрочнения материала труба деформируется по механизму «холодного потока». В случае с трубами, испытываемыми под давлением, материал в выпуклости также переориентируется и затвердевает в направлении действия самого высокого растягивающего напряжения (то есть в направлении по окружности), но увеличения прочности недостаточно, чтобы компенсировать резкое увеличение напряжения, вызванное уменьшением толщины стенки и увеличением диаметра трубы; в результате перелом происходит вскоре после образования выпуклости. Более того, увеличение прочности материала выпуклости в направлении по окружности сопровождается снижением прочности в осевом направлении. Как только процесс деформации продвинулся достаточно далеко, чтобы поверхность трубы в ослабленном поперечном сечении приняла сферическую форму, осевая составляющая напряжения увеличивается до уровня тангенциальной составляющей, и разрушение происходит в поперечном направлении. Естественно, труба должна выйти из строя раньше, чем стержень. В обоих случаях вязкое разрушение происходит как перегрузка напряжения, увеличивающегося до уровня, при котором создаются условия, способствующие структурным превращениям материала, т.е. , до предела текучести.