张 毅 薛世峰 韩丽美 周 博 刘建林 贾 朋

(中国石油大学(华东),山东青岛 266580)

引言

作为半结晶聚合物的一种,聚乙烯(polyethylene,PE)材料因其优良的物理和力学性能、耐腐蚀性以及便捷的安装和维护过程而被广泛用于制造排水和燃气管道.根据美国运输部管道和危险材料安全管理局的统计,2020 年美国新安装的燃气管道90%以上是由PE 材料制成的,产生了巨大的经济效益和社会效益,同时也面临着一系列严重的安全问题.由于材料缺陷、第三方损伤以及地壳运动等原因,PE 管道的失效破坏甚至爆炸等特大事故时有发生.因此对PE 材料力学性能以及损伤失效机理的研究对PE 管道的安全运行具有重要意义.

聚合物材料的力学行为与应力状态紧密相关.例如,很多聚合物材料单轴压缩屈服应力比单轴拉伸屈服应力要大.此外,有研究指出应力三轴度是控制韧性损伤起始最重要的因素[1].因此,自1976 年以来对不同应力状态的损伤断裂行为进行了一系列的研究,但主要是针对金属材料[2-15].通过改变预制缺口试样的缺口半径获得不同的应力三轴度水平,并且缺口半径越小应力三轴度越大.对缺口试样进行单轴拉伸实验得到的应力三轴度比较高,通常大于1/3.有学者通过对“蝴蝶状”试样进行单轴拉伸/剪切实验研究了材料在0～1/3 低应力三轴度状态下的力学行为[16-17].研究发现,金属材料的延展性和断裂应变随着应力三轴度的增大而逐渐降低.另一方面,考虑应力三……