静置常压焊接热塑性塑料储罐(槽) 附录G(规范性附录) 焊接的热塑性塑料结构的特征值-- 应用于热塑性塑料设备设计的许用应力及蠕变模量的测定
G. 1总则
本附录规定了聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)及聚偏氟乙稀(PVDF)材料焊接的储槽(罐)的设计所必须的特征值的确定办法。该数据用于静置载荷。
G .7列出了这些材料的小性能值。如果材料的性能低于G .7所列的小值,则禁止使用。
G. 2定义、符号及缩写
K —— 设计温度及设计寿命下的蠕变强度,MPa
S —— 安全系数
A1 —— 比强度影响的换算系数
A2k—— 受介质影响的换算系数
A2E —— 弹性模量受介质影响所考虑的换算系数
Ec—— 设计条件(温度、应力、时间)下材料的蠕变模量,MPa
Ec(al.).St—— 稳定设计条件下(温度、应力、时间、介质、安全系数)材料的许用蠕变模量, Mpa
Ec(al.).D—— 变形设计条件下(温度、应力、时间、介质)材料的许用蠕变模量,MPa
T —— 设计温度,℃
fs —— 短期焊接系数
f1 —— 长期焊接系数
σal. —— 设计条件下许用应力,MPa
σ—— 主应力,MPa
G.3许用应力及模量的测定
G.3.1总则
构件的设计计算基于长期应用,取决于载荷的特性,通常有三种形式:
1)应力;
2)变形(例如:挠度);
3)稳定性(例如:短期或长期丧失稳定性);
应力的设计计算应参照蠕变强度,多数情况存在多轴应力,大主应力不应超过许用蠕变强度。
许用值由材料对应的换算系数、焊接系数、安全系数导出。
在变形及稳定性方面,关键设计参数为蠕变模量。可由蠕变模量时间-温度-应力变化图查出。如果发生稳定性问题,应考虑选择合适的安全系数。
G.3.1.1依据强度进行的设计计算
许用应力与材料的蠕变强度、换算系数、焊接系数及安全系数有关。
……………………………… (G..1)
作为设计基础的蠕变强度K可以通过G.7.1图表中的工作时间—工作温度曲线上查出, 或是依据ISO/TR 9080来测定。
G.3.1.2依据稳定性及变形进行的设计
热塑性塑料在应用中,用蠕变模量(Ec),代替理论力学中所应用的弹性模量。蠕变模量取决于时间、应力及温度,同时也取决于介质(尤其是有溶胀效应的介质)。对于所用材料的蠕变模量可通过其相应的蠕变模量曲线查出(图G.13到图G.27)或是根据ISO 899-2测量。
蠕变模量应用于:
——在稳定性的计算中:
……………………………………(G.2)
——变形的确定:
………………………………………… (G.3)
G.4换算系数
G.4.1换算系数A2
G.4.1.1换算系数A2K
换算系数A2k量化了工作介质对热塑性塑料材料蠕变强度的影响。
G.7.3包括常用化学介质的换算系数。
G.7.3表中未涉及的其它介质,可参考与其性能相似的介质的换算系数或按ISO8584-1或ISO/TR 8584-2进行测试。
G.4.1.2换算系数A2E
换算系数A2E除能引起溶胀的介质外,A2E=1。
对于能引起溶胀的介质(见表G.4中表的脚注6),A2E将通过适宜的试验进行测定。
G.4.2换算系数A1
换算系数考虑了材料的强度随温度而变化,因此该系数由冲击强度值导出。换算系数A1的取值见表G.1。
G.1换算系数A1
材料 |
工作温度℃ |
-10 |
20 |
40 |
60 |
PE-HD 高密度 |
1.2 |
1 |
1 |
1 |
PP-H 均聚物 |
1.8 |
1.3 |
1 |
1 |
PP-B 块状共聚物 |
1.2 |
1 |
1 |
1 |
PP-R 无规共聚物 |
1.2 |
1 |
1 |
1 |
PVC-NI 标准冲强度(PVC—U) |
1.8 |
1.6 |
1.4 |
1.1 |
PVC-RI 提高的冲击强度(PVC—U) |
1.6 |
1.3 |
1 |
1 |
PVC-C 经氯化的 |
1.9 |
1.8 |
1.6 |
1.2 |
PVDF-H 均聚物 |
1.6 |
1.4 |
1.2 |
1 |
G.5焊接系数
几种材料的焊接系数(fs及f1)见表G.2所示。
该数值是在全面控制的焊接工艺中测得的,并且该作业应由经考试合格的、有资格的人员操作。
短期系数适用于载荷作用时间不超过一小时,因此只有长期系数应用于构件的设计计算,有关其它材料或连接工艺的系数值要分别确定。
G.2? 短期(fs)及长期(f1)焊接系数
工艺 |
材料 |
|
PE-HD |
PP a |
PVC-U b |
PVC-C |
PVDF |
热熔对焊 |
fs |
0.9 |
0.9 |
0.9 |
0.8 |
0.9 |
f1 |
0.8 |
0.8 |
0.6 |
0.6 |
0.6 |
热风挤出焊接 |
fs |
0.8 |
0.8 |
—— |
—— |
—— |
f1 |
0.6 |
0.6 |
—— |
—— |
—— |
热风焊接 |
fs |
0.8 |
0.8 |
0.8 |
0.7 |
0.8 |
f1 |
0.4 |
0.4 |
0.4 |
0.4 |
0.4 |
a PP-H,PP-B,PP-R
b PVC-NI,PCV-RI |
G.6安全系数
安全系数S表示构件按要求使用时,在设计寿命的任何时间内,材料的蠕变强度的安全性会得到保证。
表G.3中的安全系数是依据容器及设备所具有的潜在危险、载荷情况、工作状态等确定单独工况下的安全系数,设计人员将决定哪一种工况适用于其设计。
应用中可取中间值。
G.3 安全系数
载荷形式 |
S |
载荷情况1:
室温及恒定静载荷。如遇故障不可能对人、物及环境造成危险。 |
1.3 |
载荷情况2:
变载荷(如温度、装料高度变化)。如遇故障可能对人、物及环境造成危险。 |
2.0 |
有关稳定性的计算,见G.3.1.2,使用小的安全系数2.
G.7蠕变强度图表、蠕模量图表及换算系数
G.7.1蠕变强度图表(图G.1到图G.12)
G.7.2蠕变模量图表(图G.13到图G.27)
(图G.1~图G.27)图表见“标准曲线”PDF文稿
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