Popis residuálních napětí v polymerních trubkách

Abstract

Diplomová práce se zabývá problematikou reziduálních napětí ve stěně extrudované polymerní trubky a vlivem reziduálního napětí na její životnost. Na základě experimentálních dat získaných pomocí metody rozříznutých kroužků je určeno tangenciální reziduální napětí ve stěně polypropylenové a polyethylenové trubky. Vyhodnocení je provedeno novou metodou založenou na teorii silně zakřivených prutů. Pomocí numerického výpočtu je ověřena správnost tohoto vyhodnocení. Chování trubky za přítomnosti tangenciálních i axiálních reziduálních napětí bylo simulováno pomocí 3D modelu polymerní trubky. Na základě tohoto modelu byla navržena korekce hodnot tangenciálního reziduálního napětí v závislosti na délce zkoušené trubky. Dále je ukázáno, že průběh tangenciálního reziduálního napětí nezávisí na rozměrech a materiálu trubky a je navržena obecná křivka popisující jeho průběh ve stěně extrudované polymerní trubky. Tento zjištěný průběh je poté zahrnut do odhadu životnosti konkrétní polyetylénové trubky metodikou založenou na koncepci lineárně elastické lomové mechaniky. Je určen pokles životnosti při uvažování rezi-duálních napětí.This thesis is dealing with the issue of residual stress present in the wall of a polymer pipe and the influence on its lifetime. Experimental data obtained by the ring slitting method are evaluated and the tangential residual stress in the wall of polypropylene pipe is determined. The evaluation is carried out using a new methodology based on the curved beam theory. The method is verified using numerical simulation. 3D numerical model is used to verify the behavior of the pipe, when there are both tangential and axial residual stresses present in the pipe wall, because the presence of axial stress causes a rise in the magnitude of tangential residual stress. A correction of the tangential stress values corresponding to the pipe length is then proposed. It is shown, that the distribution of the tangential residual stress does not depend significantly on the dimensions or ma-terial of the extruded pipe and a general equation is proposed to describe the distribution. This general distribution is then involved in the calculations of the pipe lifetime that are carried out using a method based on the linear elastic fracture mechanics. A significantly lower lifetimes are obtained when taking the residual stress into account.