HDPE衬垫屈曲破坏实验装置与有限元模拟：温度效应与设计优化

本篇论文主要关注HDPE（高密度聚乙烯）衬垫在承受外部压力条件下的屈曲破坏行为研究。论文的标题是"Buckling collapse of HDPE liners: Experimental set-up and FEM simulations"，其核心内容涉及两个关键方面：实验装置的设计与构建以及有限元方法（Finite Element Method，FEM）的模拟。 首先，实验部分是研究的重点。为了更全面地发展适用于短期热塑性塑料模型的设计，研究人员设计并建造了一个专门用于进行HDPE衬垫短时物理屈曲崩溃测试的装置。这个装置允许在受控条件下模拟HDPE衬垫在实际服务中的行为，特别关注温度对其屈曲参数的影响。实验范围覆盖了从0°C到60°C的温度范围，通过将HDPE管置于钢管道内，观察温度变化对材料性能的影响。 其次，论文依赖于实验数据来校准材料的本构模型。作者从不同温度和应变率下进行的压缩和拉伸测试中获取数据，这些数据被用来确定HDPE的三维网络粘弹塑性（Three Network Viscoplastic）材料模型。这种模型能够精确描述HDPE在应力-应变过程中的行为，包括非线性和随时间演变的特性，这对于理解和预测衬垫在屈曲破坏过程中的响应至关重要。 有限元模拟部分，通过对实验数据的分析，作者将所建立的本构模型应用到FEM中，进行数值仿真。这种方法可以提供更为深入的理解，包括但不限于屈曲临界点、失稳模式以及温度对材料稳定性的影响等。FEM模拟不仅验证了实验结果，还可能揭示出实验条件下未察觉的复杂行为，从而帮助工程师优化衬垫的设计，提高其在实际应用中的安全性和耐久性。 这篇论文结合实验和数值模拟，为HDPE衬垫的设计提供了重要的理论支持，特别是在理解和控制其在极端温度条件下的屈曲破坏行为。这对于保障石油和天然气管道系统的长期运行，防止环境泄漏，具有重要的工程实践价值。