Спосіб прискорення випробувань пластмасових труб на стійкість до постійного внутрішнього тиску

Спосіб прискорення випробувань пластмасових труб на стійкість до постійного внутрішнього тиску, який полягає у випробуванні матеріалу труб на розтяг протягом заданого стандартом відрізку часу при дії постійної температури й фіксованих початкових напружень, який відрізняється тим, що випробовуються вирізані зі стінок труб зразкилопатки при створених каліброваними вантажами початкових розтягуючих напруженнях, які перевищують стандартні значення до 20 %, протягом часу, меншого за стандартні значення у 2-10 разів. Винахід відноситься до будівництва, а саме до способів лабораторного визначення стійкості пластмасових труб до дії постійного внутрішнього тиску, які входять до стандартного переліку сертифікаційних випробувань, і може бути використаний для контролю якості пластмасових труб, у тому числі для оперативного поточного контролю. Відомий спосіб визначення стійкості труб поліетиленових до дії постійного внутрішнього тиску [2, 3, 4], який полягає в тому, що зразок труби піддають дії постійного внутрішнього тиску протягом заданого контрольного проміжку часу. Зразок у формі відрізка труби встановленої довжини герметизують торцевими заглушками, конструкція яких повинна забезпечити можливість осьового подовження зразка. При випробуваннях зразки поміщають у термостатичну водяну ванну, яка забезпечує стабільність заданої температури з точністю ±1°С. Внутрішній тиск, залежний від необхідного напруження в стінці труби, створюється напірною системою з водою і протягом усього часу випробувань підтримується з точністю ±2%. Залежно від при значення труб, температура випробувань може коливатися в межах від 20°С до 95°С, напруження в стінці труби - від 4,0МПа до 12,4МПа, тривалість випробувань - від 1 до 1000 годин. Результат випробувань вважають позитивним, якщо зразок не зруйнувався до закінчення контрольного часу випробування. Такий метод випробувань, прийнятий в якості прототипу, забезпечує контроль тривалої міцності стінки труби при дії напружень, що перевищують звичайні робочі напруження. Недоліком прототипу є висока трудомісткість лабораторних досліджень, обумовлена великою тривалістю безперервних випробувань (до 1000 годин, тобто понад 40 діб), під час яких необхідно підтримувати й контролювати тиск і температуру у вказаних вище межах. Це не дає змоги виробнику труб оперативно управляти якістю їх виготовлення. Спільною з прототипом ознакою є випробування матеріалу труб на розтяг при заданій стабільній температурі та напруженнях, які перевищують звичайні робочі напруження в стінці труби. (19) UA (11) 88844 (13) (21) a200808807 (22) 04.07.2008 (24) 25.11.2009 (46) 25.11.2009, Бюл.№ 22, 2009 р. (72) ПАШИНСЬКИЙ ВІКТОР АНТОНОВИЧ, ШУЛЬГІН ВОЛОДИМИР ВАСИЛЬОВИЧ (73) ПОЛТАВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ЮРІЯ КОНДРАТЮКА (56) ДСТУ Б В.2.7-73-98 Труби поліетиленові для подачі горючих газів. Технічні умови. – К.: Держбуд України, 1998 ДСТУ Б В.2.5-17-2001 Труби зі структурованого поліетилену для мереж холодного, гарячого водопостачання та опалення. Технічні умови. – К.: Держбуд України, 2001 ГОСТ 11262-80 Пластмассы. Метод испытания на растяжение. – М.: ГосКомСтандарт СССР, 1980 ГОСТ 24157-80 Трубы из пластмасс. Метод определения стойкости при постоянном внутреннем давлении. – М.: ГосКомСтандарт СССР, 1980 C2 1 3 В основу винаходу поставлена задача прискорення контролю стійкості пластмасових труб до дії постійного внутрішнього тиску за рахунок збільшення контрольних напружень у стінці труби. Про принципову можливість прискорення випробувань за рахунок збільшення контрольних напружень свідчать як відомі загальні закономірності довготривалої міцності матеріалів, так і наведені в [1] схематичні криві довготривалої міцності різних типів поліетилену (залежності між рівнем контрольних напружень і часом випробувань до руйнування). Поставлене завдання вирішується шляхом використання для випробувань зразків-лопаток, вирізаних із стінок труб, а також реальних кривих довготривалої міцності певних видів поліетилену при необхідних температурах випробувань. Суть винаходу полягає у тому, що випробування проводяться на зразках-лопатках за ДСТУ Б В.2.7-73 [3], невелика площа поперечного перерізу яких дозволяє створювати необхідний рівень контрольних напружень розтягу в матеріалі за рахунок використання каліброваних вантажів. Значення контрольних напружень встановлюються за кривими довготривалої міцності вищими від визначених стандартами для даного типу пластмаси [2, 3], що забезпечує прискорене у 5-20 разів руйнування пластмаси. Таким чином, збільшення контрольних напружень забезпечує прискорення випробувань, а використання зразків-лопаток, навантажених каліброваними вантажами, дає змогу стабілізувати рівень напружень протягом усього часу випробувань без використання складного обладнання та без істотних витрат праці на постійний контроль параметрів випробувань. Крива довготривалої міцності поліетилену (залежність часу випробувань до руйнування від рівня контрольних напружень) отримана за результатами випробувань зразків-лопаток типу 1 за ДСТУ Б В.2.7-73 [3], зображених на фігурі 1. Розміри лопатки: І1 - загальна довжина, 115мм; І2 - відстань між мітками, що визначають положення крайок затискачів на зразку, 80мм; І3 - довжина робочої частини, 33мм; І0 - розрахункова довжина, 25мм; b1 - ширина головки, 25мм; b2 - ширина робочої частини, 6мм. Зразки вирізалися зі стінок газопровідних труб діаметром 32мм і товщиною стінки 3,0мм паралельно осі труби і ретельно контролювалися на відсутність локальних механічних пошкоджень, які могли б стати концентраторами напружень. На кожен зразок відповідно до фігури 1 наносилися кольорові мітки меж робочої зони на відстані l0=50мм. Робоча площа поперечного перерізу визначалася як мінімальне значення за результатами вимірювань розмірів поперечного перерізу по краях і посередині робочої зони зразка з точністю 0,1мм. Незмінні в часі зусилля розтягу створювалися шляхом безпосереднього підвішування вантажів, маса яких (16-22кг) визначена з урахуванням робочої площі поперечного перерізу кожного зразка і необхідного значення початкових напружень у 88844 4 межах від 8 до 12МПа. У процесі випробувань за допомогою масштабної лінійки з ціною поділки 1мм періодично вимірювалися відстані між нанесеними мітками, що дозволило визначати величини видовження зразків з точністю до 0,5мм, або 1%. Відповідно до виявленого характеру наростання деформацій, вимірювання робочої довжини проводилися спочатку через кілька хвилин, пізніше щогодини і щодоби. Періодичність вимірювань відображена на фігурі 2. Випробування припинялися у випадку різкого зростання деформацій зразків або після 100 годин роботи під навантаженням. Усього випробувано 15 зразків (по три зразкиблизнюки при напруженнях 8, 9, 10, 11 і 12МПа). Характерні приклади деформування чотирьох випробуваних зразків зображені на фігурі 2. Зразки з початковими напруженнями 12МПа, що наближається до межі плинності поліетилену марки ПЕ 100, зруйнувалися протягом 1-2 годин. У результаті проведених випробувань отримані залежності відносного видовження зразків (у відсотках) від величини та тривалості дії напружень. Близькість деформацій зразків-близнюків свідчить про достовірність отриманих результатів. З фігури 2 видно, що деформації зразків загалом зростають у часі за законом, близьким до логарифмічного. Залежність деформацій зразків від рівня початкових напружень має експоненціальний характер, зображений на фігурі 3. Отримані дані та зображений на фігурах 2, 3 характер залежності відносної деформації e від величини початкових напружень s та тривалості випробувань T дозволяє апроксимувати її аналітичною функцією виду e = (A + B´lgT)´eCs = 0,06 + 0,05lgT)´e0,47s, (1) де s - початкові напруження розтягу в мегапаскалях; lgT - десятковий логарифм тривалості випробувань у годинах; А, В, С - параметри, визначені методом найменших квадратів. Встановивши гранично допустиме значення деформації e, залежність (1) можна розглядати як рівняння, яке можна розв'язати відносно s чи Т. Розв'язок відносно тривалості випробувань T має вигляд æ e - Cs A ö - ÷ ç e Bø èB = 10[340 exp (-0,47s )-1,2]. ( 2) T = 10 Друга формула (2) отримана з урахуванням гранично допустимого значення відносної деформації e=17%, величина якого дорівнює середній відносній деформації зразків, підданих стандартним випробуванням згідно з [5] (100 годин при початкових напруженнях 10МПа). Результати обчислень за формулою (2) наведені на фігурі 4, де вздовж осі абсцис відкладені значення початкових напружень в мегапаскалях, а вздовж осі ординат (у логарифмічному масштабі) необхідна тривалість випробувань у годинах. Формула (2) й фігура 4 розв'язують поставлену задачу, оскільки вони дозволяють планувати прискорені випробування стійкості поліетиленових труб за рахунок збільшення початкових напружень у зраз 5 ку. З фігури 2 видно, що для прискорення випробувань у 10 разів достатньо збільшити початкові напруження на 6-8%, а прискорення у 5 разів забезпечується збільшенням початкових напружень на 5-6%. Разом з тим, виявлений характер залежності ставить високі вимоги до точності контролю початкових напружень, незначніпохибки яких можуть істотно вплинути на результати випробувань. Джерела інформації, на які є посилання в описі: 1. М.И. Гориловский, И.В. Гвоздев. Трубы из ПЭ-80 и ПЭ-100. Новый взгляд на теорию и практику применения // Полимерные трубы - 2004. №4 (октябрь). - С.22-24. 2. ДСТУ Б В.2.5-17-2001 Інженерне обладнан 88844 6 ня будинків і споруд. Зовнішні мережі і споруди. Труби зі структурованого поліетилену для мереж холодного, гарячого водопостачання та опалення. Технічні умови. 3. ДСТУ Б В.2.7-73-98 Будівельні матеріали. Труби поліетиленові для подачі горючих газів. Технічні умови. 4. ГОСТ 24157-80 Трубы из пластмасс. Метод определения стойкости при постоянном внутреннем давлении. 5. ГОСТ 26277-84* Пластмассы. Общие требования к изготовлению образцов способом механической обработки. 6. ГОСТ 11262-80* (СТ СЭВ 1199-78) Пластмассы. Метод испытания на растяжение. 7 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 88844 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601