[发明专利]一种超高分子量聚乙烯内衬管缩径量计算方法

权利要求书

1.一种超高分子量聚乙烯内衬管缩径量计算方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯内衬管包括功能内层(1)、复配热熔胶层(2)和保护外层(3)，所述功能内层(1)的材质为改性的超高分子量聚乙烯；所述保护外层(3)的材质为PE100级的高密度聚乙烯，计算方法包括如下步骤：

1)对制备得到的管材整体进行力学性能测试，测量确定整体和每一层相应的必要参数；

2)确定超高分子量聚乙烯内衬管与钢管剪切强度的最小剪切强度τ_min；

3)计算整体内衬管的最小临界外压P_min：根据内衬管与钢管摩擦系数f，计算最小临界外压P_min＝τ_min/f；

4)根据步骤1)得到的几何尺寸参数在有限元软件中建模，并代入每一层材料参数，对整体外层施加的P_min的均匀外压，运行计算得到整体内衬管缩径量取值的下限L_min；

5)计算整体内衬管的屈曲临界外压Pc：将步骤1)所得的材料参数分别代入屈曲临界外压的计算公式，具体如下：

其中P_C即为屈曲临界外压，P_eL为屈曲压力的弹性项，其由E整体等效杨氏模量、t壁厚、D外径和v泊松比计算得，P_p为屈曲压力的塑性项，其中SMYS为特征屈服强度，f₀为每一层管材的不圆度，在计算完屈服压力的弹性项和塑性项之后代入求解得到P_C的数值；

6)根据步骤1)得到的几何尺寸参数在有限元软件中建模，并代入每一层的材料参数，对整体外层施加P_C的均匀外压，运行计算得到整体内衬管的缩径量取值的上限L_max；

7)根据步骤4)和6)得到的L_min和L_max，依据实际的工程在最小的L_max和最大的L_min的范围区间内取值作为超高分子量聚乙烯内衬管缩径量。

2.如权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯内衬管缩径量计算方法，其特征在于，所述的功能内层(1)包含如下组分：按重量份计为200万-300万分子量的超高分子量聚乙烯75-85份；PE100级高密度聚乙烯5-10份；纳米蒙脱土1-5份；热解硅石1-2份；纳米钛白粉5-10份；PE脂0.5-2份；所述复配热熔胶层(2)包含如下组分：按重量份计为硅烷交联改性聚乙烯40-50份；马来酸酐改性聚乙烯40-50份；钛酸丁酯2-5份。

3.如权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯内衬管缩径量计算方法，其特征在于，有限元软件中建模为联立三大基本方程求解：

1)平衡方程

式中f表示摩擦力；

2)物理方程(应力与应变的关系)

式中E为杨氏模量，v为泊松比；

3)变形协调方程(位移与应变的关系)

式中σ为主应力，τ为切应力，ε和γ为应变。

4.如权利要求3所述的一种超高分子量聚乙烯内衬管缩径量计算方法，其特征在于，应力分量和应变分量与角度θ无关，σ_r＝P，将步骤3)和步骤5)得到的P_min和P_C依次代入以上所有方程中联立求解，求解得到对应的径向应变ε_r的分布，进行厚度方向的积分计算，即得到径向整体变形量，即缩径量L_min和L_max。

5.如权利要求4所述的一种超高分子量聚乙烯内衬管缩径量计算方法，其特征在于，厚度方向的积分计算式为

其中D为外径，d为内径。

6.如权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯内衬管缩径量计算方法，其特征在于，最小剪切强度τ_min≥0.15MPa。